Оказавшись в роковой внутренней спирали, нейтронная звезда встретила свой конец, когда черная дыра поглотила ее целиком. Гравитационная рябь от этого столкновения распространилась по космосу и в конечном итоге достигла Земли. Обнаружение этих волн знаменует собой первое зарегистрированное поглощение черной дырой остатков мертвой звезды. И что удивительно, ученые заметили второе такое слияние всего через несколько дней после первого.

До сих пор все идентифицированные источники гравитационных волн были двойками: либо пара черных дыр, либо нейтронных звезд, вращавшихся по спирали вокруг друг друга, прежде чем столкнуться и слиться. Сильные космические столкновения создают волны, растягивающие и сжимающие ткань пространства-времени. А они могут быть чувствительными детекторами.

Несоответствие указанных выше пар было последним типом слияния, которое ученые ожидали найти с нынешними обсерваториями, имеющимися в распоряжении. По чистому совпадению, исследователи заметили два таких события с разницей в 10 дней между ними.

Мало того, что соединения между черными дырами и нейтронными звездами ранее не наблюдались с помощью гравитационных волн, их столкновения также никогда не были обнаружены никакими другими средствами.

«Такое было увиденно впервые», — говорит физик-теоретик Сьюзан Скотт из Австралийского национального университета в Канберре, член коллаборации LIGO.

Признаки поглощения звезды черной дырой, были зарегистрированы в обсерваториях LIGO и Virgo 5 и 15 января 2020 года. В первом слиянии размеры черной дыры, в 8-9 раз превышали массу Солнца. Нейтронная звезда была больше в 1,9 раз. Во втором случае образовалась черная дыра с примерно 5,7 массы Солнца. У звезды она составляла 1,5.

Чтобы сформировать обнаруживаемые гравитационные волны, сливающиеся объекты должны быть чрезвычайно плотными, с идентичностями, которые можно определить по их массе. Ученые считают, что все, что имеет массу выше пяти масс Солнца, может быть только черной дырой. Все, что меньше трех масс Солнца, должно быть нейтронной звездой.

Одно раннее обнаружение гравитационных волн включало слияние черной дыры с объектом, который невозможно было идентифицировать, так как его масса, казалось, находилась между границами, разделяющими черные дыры и нейтронные звезды. Другое предыдущее слияние могло произойти в результате слияния черной дыры с нейтронной звездой, но сигнал от этого события был недостаточно сильным, чтобы ученые были уверены, что обнаружение было подлинным. Два новых обнаружения подтверждают возможность встречи черных дыр и нейтронных звезд.

Одно из новых событий убедительнее другого. По словам Миллера, слияние 5 января было замечено только в одном из двух детекторов гравитационных волн LIGO, и этот сигнал имеет относительно высокую вероятность того, что это ложная тревога. «Если бы это было единственное событие, вы не были бы так уверены». Однако событие 15 января «кажется довольно солидным», — говорит он.

Обнаружения показывают, что эпические встречи между нейтронными звездами и черными дырами происходят регулярно по всему космосу. Основываясь на темпе обнаружения, исследователи подсчитали, что эти события происходят примерно раз в месяц в пределах 1 миллиарда световых лет от Земли.

Ученые пока не знают, как встречаются нейтронные звезды и черные дыры. Они могут образоваться вместе, как две звезды, вращающиеся вокруг друг друга, пока у обеих не закончится топливо, и они не умрут, при этом одна коллапсирует в черную дыру, а другая образует нейтронную звезду. Или два объекта могли сформироваться отдельно и встретиться в переполненном районе, заполненном множеством нейтронных звезд и черных дыр.

По мере того как черная дыра и нейтронная звезда движутся по спирали внутрь и сливаются, ученые ожидают, что черная дыра может разорвать нейтронную звезду на клочки, создавая световое шоу, которое можно будет наблюдать с помощью телескопов. Но астрономы не обнаружили ни фейерверков после двух новых столкновений, ни каких-либо доказательств того, что черные дыры деформировали нейтронные звезды.

Это могло быть связано с тем, что в обоих случаях черная дыра была значительно больше нейтронной звезды, что говорит о том, что черная дыра проглотила нейтронную звезду целиком в еде, достойной Pac-Man, говорит Скотт.

Если бы в будущем ученые смогли обнаружить черную дыру, разрушающую нейтронную звезду, это могло бы помочь исследователям определить свойства сверхплотного, богатого нейтронами материала, из которого состоят мертвые звезды.

В прошлом обнаружении гравитационных волн обсерватория гравитационных волн Advanced Laser Interferometer, или LIGO, базирующаяся в Соединенных Штатах, объединилась с Virgo в Италии. Новые наблюдения являются первыми, в которых участвуют члены третьей обсерватории KAGRA в Японии. Но сам детектор KAGRA не повлиял на результаты, поскольку в то время ученые все еще готовили его для обнаружения гравитационных волн. LIGO, Virgo и KAGRA в настоящее время отключены, пока ученые возятся с детекторами, и возобновят совместные поиски космических столкновений в 2022 году.