GW151226 — гравітаційно-хвильовий сплеск, виявлений гравітаційно-хвильовою обсерваторією LIGO 25 грудня 2015 року за місцевим часом (26 грудня 2015 року за UTC). 15 червня 2016 року обсерваторії LIGO та Virgo повідомили, що вони верифікували сигнал. Також було оголошено, що це другий у світі виявлений сигнал гравітаційних хвиль після GW150914.

Аналіз показав, що гравітаційна хвиля виникла внаслідок злиття двох чорних дір загальною масою 22 сонячні маси () на відстані близько 1,4 млрд світлових років від Землі. Злиття відбулося за одну секунду, і за цей час енергія, унесена гравітаційними хвилями, становила приблизно одну масу Сонця.

Сплеск GW151226 уперше надав спостережні дані про обертання чорних дір. Подія дала змогу надійніше перевірити теорію відносності та вперше надала інформацію для оцінювання розподілу чорних дір на основі безпосередніх спостережень.

Виявлення сигналу Обидва детектори гравітаційно-хвильової обсерваторії LIGO виявили сигнал о 03:38:53 UTC. Детектор Генфорд спрацював через 1,1 мілісекунди після детектора Лівінгстон (оскільки вісь між ними не була паралельна фронту хвилі). Гравітаційно-хвильовий сплеск, що дістав попереднє позначення G211117, тривав майже секунду, а автоматична система моніторингу розпізнала його протягом хвилини. Згодом подію проаналізували в офлайн-режимі, і приблизно через два дні учасники колаборації вже знали, що справді зафіксували другий гравітаційно-хвильовий сплеск. За ним закріпили постійне позначення GW151226 (GW — скорочення від , «гравітаційна хвиля», число означає дату реєстрації події, 15/12/26).

Щоб виокремити сигнал із шуму, колаборації LIGO і Virgo провели аналіз двома різними методами. Оцінка достовірності показала, що хибнопозитивні сигнали такої інтенсивності, зумовлені випадковим накладанням шумів, мали б траплятися рідше ніж один раз на 160 тисяч років, тому ймовірність виявлення такого сигналу в 45-денній серії даних становить менш як 10−7. За даними застосованих методів статистична значущість події перевищує 5σ або 4,5σ (за першим і другим методом), що відповідає загальноприйнятому у фізиці «порогу відкриття».

Оскільки подія сталася в ніч на 26 грудня, працівники обсерваторії назвали її «різдвяним подарунком».

15 червня 2016 року обсерваторії LIGO і Virgo повідомили, що верифікували сигнал. Це був другий у світі виявлений сигнал гравітаційних хвиль після GW150914.

Астрономічне походження Аналіз показав, що джерелом сигналу стало злиття двох чорних дір масами і , на фотометричній відстані Мпк від Землі. Унаслідок злиття утворилася чорна діра масою , а маса, еквівалентна , перетворилася на гравітаційне випромінювання. Отже, у випромінювання перейшло приблизно 4,6 % початкової маси двох чорних дір.

Оскільки для оцінювання відстані використали лише пару детекторів, її визначали тільки за амплітудою сигналу, що досяг Землі, без урахування орієнтації площини орбіти відносно напрямку на Землю. Через це відстань виміряно не дуже точно, з похибкою майже 50 %. Розрахована відстань 440 Мпк відповідає 1,4 млрд світлових років, що відповідає червоному зміщенню .

Для визначення напрямку на джерело сигналу використали лише різницю часу приходу сигналу до двох детекторів (без урахування їхнього відносного відгуку), тому напрям визначено дуже неточно — можливі області локалізації покривають «дугу на пів неба». Із геометричних міркувань очевидно, що для точного визначення напряму на джерело потрібно зіставити час реєстрації події трьома детекторами. На момент реєстрації GW151226 третій детектор (Virgo) ще не працював.

Щодо цієї події вченим колаборацій LIGO і Virgo вдалося достовірно встановити, що принаймні одна з чорних дір до злиття мала момент імпульсу, більший ніж 20 % від максимально допустимого згідно з загальною теорією відносності. Чорна діра, що утворилася після злиття, оберталася з кутовим моментом від максимально можливого значення. Чорні діри були меншими, ніж ті, чиє злиття спричинило перший виявлений гравітаційно-хвильовий сплеск GW150914, тому ця подія мала меншу енергію й тривала довше — близько 1 секунди (тривалість GW150914 становила 0,2 секунди). Таким чином, детектори цього разу змогли зафіксувати більше обертів чорних дір одна навколо одної на завершальному етапі злиття — 55 періодів коливань (27 обертів) за одну секунду з частотою, що зросла від 35 до 450 Гц. Для порівняння, у першій події виявлення гравітаційних хвиль було 10 обертів протягом 0,2 секунди.

Наукові результати Подія GW151226 свідчить на користь того, що у Всесвіті існує більша кількість подвійних чорних дір, а їхні злиття відбуваються частіше, ніж припускали раніше.

Зареєстрований сплеск гравітаційних хвиль повністю відповідає передбаченням загальної теорії відносності для сильних гравітаційних полів. До перших двох подій, виявлених за допомогою LIGO, цю теорію безпосередньо не перевіряли експериментально в сильних полях (хоча в слабких полях її перевірено з високою точністю). Під час другої події загальна теорія відносності пройшла суворішу перевірку. Більша тривалість GW151226 дала змогу точніше обмежити деякі величини постньютонівського формалізму.

Реєстрація цього злиття вперше надала спостережні дані про обертання чорних дір.

Дані GW151226 разом з попередньою й наступною гравітаційно-хвильовими подіями дозволили оцінити розподіл чорних дір за масами для теорій утворення пар чорних дір зоряної маси (на основі шести чорних дір з трьох злиттів). Крім того, сам факт події GW151226 дав змогу оцінити частоту злиттів у Всесвіті чорних дір порівнянних мас на основі спостережень (до цього існували лише теоретичні розрахунки).

Уперше отримано дані про злиття об'єктів у цьому діапазоні зоряних мас. Наприклад, їх можна використати для дослідження подвійних рентгенівських зір.

Див. також

Гравітаційно-хвильова астрономія Відкриття гравітаційних хвиль

Примітки

Посилання

LIGO Does It Again: A Second Robust Binary Black Hole Coalescence Observed. Повідомлення про детектування на сайті LIGO. LIGO Detected Gravitational Waves from Black Holes. Повідомлення про перше виявлення гравітаційних хвиль.  — інформація й дані про подію на сайті LIGO.