Как обнаружить гравистары и бозонные звезды, глядя на гравитационные волны?

Москва, 17:59, 16 Ноя 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Свойства сливающихся черных дыр можно рассчитать по начальной части формы сигнала.

Вселенная содержит не только черные дыры, но и множество экзотических объектов, таких как гравистары и бозонные звезды.

В сентябре 2015 года детекторы LIGO в США вошли в историю, впервые непосредственно обнаружив слияние двух черных дыр. С тех пор LIGO, к которому присоединились другие детекторы по всему миру, смог обнаружить одиннадцать событий, одним из которых является слияние двух нейтронных звезд и еще десяти пар черных дыр (двойных черных дыр).

По мере того, как они вращались навстречу друг другу и сливались, двойные черные дыры испускали характерные гравитационно-волновые сигналы. Свойства сливающихся черных дыр, а именно массы и спины, могут быть получены путем изучения начальной части формы сигнала. Точно так же, тщательно взглянув на завершающую часть сигнала, можно определить массу и вращение конечного объединенного состояния (черная дыра).

Возникает вопрос — существуют ли другие экзотические объекты, которые могут действовать как имитаторы черных дыр и испускать аналогичные сигналы. И если да, то как отличить такие вращающиеся черные дыры от экзотических объектов?

Теоретически, такие возможности существуют у так называемых гравистаров и бозонных звезд, которые являются имитаторами черных дыр. Например, гравистар — это странный объект, имеющий ядро ​​из экзотической материи, напоминающее темную энергию, с внешней оболочкой из обычной звездообразной материи.

«До настоящего времени не было наблюдательных доказательств их существования, но тогда было не так уж много способов их поиска. Гравитационные волны могут быть одним…», — говорит К. Г. Арун из Ченнайского математического института, который руководил исследованием.

Спиннинг гравистара

Вращение компактного объекта по-разному влияет на него, будь то черная дыра или, например, гравистар. Так как гравистар заполнен темной энергией, он оказывает отрицательное давление снаружи. Поэтому, когда он вращается, он ведет себя не так, как обычные звезды или черные дыры. Когда нормальная звезда вращается вокруг оси, она имеет тенденцию «выпучиваться» вокруг экватора и сжиматься на полюсах. Однако для гравистара этот эффект просто обратный — он сжимается вблизи экватора и выпирает на полюсах. Таким образом, их формы меняются по-разному при вращении.

«Любой компактный объект, как правило, может подвергаться деформациям из-за его вращательного движения, и эти деформации выражаются в терминах так называемых спин-индуцированных мультипольных моментов», — говорит М. Салим, автор статьи, опубликованной в Physical Review.

«Для черных дыр из-за существования горизонта событий любое свойство, которое мы измеряем извне, будет зависеть только от его массы и вращения, в отличие от других компактных объектов. Это тот факт, который мы используем в предлагаемом нами тесте», — объясняет он.

Одно свойство, которое может различать черную дыру и экзотический объект, известно как спин-индуцированный квадрупольный момент. Этот параметр принимает значение 1 для черной дыры.

«Для других компактных объектов значение … этого параметра отличается от 1 и будет зависеть от внутренней структуры», — говорит Н.В. Кришненду, соавтор, исследователь в университете Альберта Эйнштейна, Ганновер.

Исследователи, проверив свои идеи об обнаруженных до сих пор событиях слияния, показали, что события декабря 2015 и июня 2017 года, действительно были просто слияниями двойных черных дыр. Это были «легкие» события, к которым применим этот метод. Дальнейшее развитие идеи можно использовать как инструмент для обнаружения экзотических объектов.