Ανιχνεύθηκαν οι πρώτες δύο περιπτώσεις κατακλυσμιαίας συγχώνευσης μαύρης τρύπας με άστρο νετρονίων

Δύο περιπτώσεις κατακλυσμικής συγχώνευσης μελανών οπών με άστρα νετρονίων επιβεβαίωσαν για πρώτη φορά οι αστροφυσικοί. Με τη βοήθεια των βαρυτικών κυμάτων που δημιουργήθηκαν και ταξίδεψαν έως τη Γη, τα δύο περιστατικά ανιχνεύθηκαν από τα παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων LIGO (ΗΠΑ) και VIRGO (Ευρώπης) με διαφορά δέκα ημερών το ένα επεισόδιο από το άλλο. Και στις δύο περιπτώσεις, πιθανότατα, η μαύρη τρύπα «κατάπιε» ολόκληρο το άστρο νετρονίων.

Τα βαρυτικά κύματα είναι «ρυτιδώσεις» του χωροχρόνου, που προκαλούνται από κινούμενα στο σύμπαν αντικείμενα μεγάλης μάζας. Στη διάρκεια της εξαετίας από τότε που έγινε η πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων στη Γη (το 2015), έχουν εντοπιστεί συνολικά περισσότερα από 50 περιστατικά συγχώνευσης είτε μελανών οπών μεταξύ τους είτε ζευγαριών άστρων νετρονίων.

Τώρα, για πρώτη φορά οι επιστήμονες ανίχνευσαν βαρυτικά κύματα από την συγχώνευση μαύρης τρύπας και άστρου νετρονίου. Η πρώτη συγχώνευση αφορούσε μία μαύρη τρύπα με μάζα περίπου εννέα φορές μεγαλύτερη του Ήλιου και ένα άστρο νετρονίων με 1,9 ηλιακές μάζες. Η δεύτερη αφορούσε μία μαύρη τρύπα με σχεδόν έξι ηλιακές μάζες και ένα άστρο νετρονίων με μιάμιση ηλιακή μάζα. Κανένα από τα δύο περιστατικά δεν ανιχνεύθηκε από οπτικό τηλεσκόπιο.

Προηγουμένως, το δίκτυο LIGO-Virgo βρήκε δύο άλλες υποψήφιες συγχωνεύσεις αστέρα -μαύρης τρύπας. Ένα συμβάν που ονομάζεται GW190814, που εντοπίστηκε στις 14 Αυγούστου 2019, αφορούσε μια σύγκρουση μιας μαύρης τρύπας με 23 ηλιακή μάζα με αντικείμενο περίπου 2,6 ηλιακών μαζών, η οποία θα μπορούσε να είναι είτε το βαρύτερο γνωστό αστέρι νετρονίων είτε η πιο ελαφριά γνωστή μαύρη τρύπα . Ένα άλλο υποψήφιο συμβάν, που ονομάζεται GW190426, και εντοπίστηκε στις 26 Απριλίου 2019, θεωρήθηκε πιθανότατα ως συγχώνευση αστέρα-μαύρης τρύπας νετρονίων, αλλά θα μπορούσε επίσης να είναι απλώς το αποτέλεσμα του θορύβου του ανιχνευτή.

Έχοντας παρατηρήσει με βεβαιότητα δύο παραδείγματα βαρυτικών κυμάτων από μαύρες τρύπες που συγχωνεύονται με αστέρια νετρονίων, οι ερευνητές εκτιμούν ότι, εντός απόστασης ενός δισεκατομμυρίου ετών φωτός από τη Γη, περίπου μία τέτοια συγχώνευση συμβαίνει ανά μήνα.

Οι αστρονόμοι έχουν επί δεκαετίες αναζητήσει άστρα νετρονίων γύρω από μαύρες τρύπες στον γαλαξία μας, αλλά δεν έχουν βρει ακόμη. Οι δύο πηγές των νέων βαρυτικών κυμάτων, με τις ονομασίες GW200105 και GW200115, βρίσκονται σε δύο άλλους γαλαξίες, σε απόσταση 900 εκατομμυρίων έως ενός δισεκατομμυρίου ετών φωτός από τη Γη, χωρίς όμως να μπορούν να προσδιοριστούν με ακρίβεια. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι τέτοια κατακλυσμικά περιστατικά συμβαίνουν με συχνότητα περίπου ένα τον μήνα σε μία ακτίνα ενός δισεκατομμυρίου ετών φωτός από τον πλανήτη μας.

Τα βαρυτικά παρατηρητήρια LIGO, Virgo και KAGRA (Ιαπωνίας) έχουν βελτιώσει τους ανιχνευτές τους και ετοιμάζονται για ένα νέο γύρο παρατηρήσεων, που θα ξεκινήσει το καλοκαίρι του 2022. Ο ευρωπαϊκός ανιχνευτής VIRGO βρίσκεται κοντά στην Πίζα της Ιταλίας. Σημαντική είναι η συμμετοχή σε αυτές τις έρευνες της Ελληνίδας καθηγήτριας Αστροφυσικής Βίκυς Καλογερά του Πανεπιστημίου Northwestern.