Данные LIGO по сверхновой SN 2023ixf согласуются со сценарием рождения нейтронной звезды

Марьям Агаи Абчуйе и Морис ван Путтен из Университета Седжон (Сеул) вместе с Массимо Делла Валле из INAF искали в архивных данных детекторов LIGO в Хэнфорде и Ливингстоне гравитационные волны от сверхновой SN 2023ixf. Статья вышла в The Astrophysical Journal. Поиск охватил 2,5 суток до первого обнаружения вспышки, и общего для обоих детекторов сигнала в этих данных не нашлось. Авторы трактуют этот нулевой результат как свидетельство против рождения чёрной дыры.

SN 2023ixf впервые заметили 19 мая 2023 года в галактике M101. Это сверхновая типа II; её предшественник, по оценкам, был красным сверхгигантом, а расстояние до неё — около 6,85 мегапарсека. По словам авторов, ближе за последнее десятилетие сверхновых не наблюдали. Массу звезды-предшественницы по разным методам оценивают в 12–22 массы Солнца. Принято считать, что звёзды от 8 до примерно 20 солнечных масс обычно оставляют после взрыва нейтронную звезду, а более тяжёлые, как ожидается, коллапсируют в чёрную дыру. Электромагнитные наблюдения уточняют массу предшественницы, но вопрос о том, какой объект образовался в центре, оставляют открытым.

Почему ждали сигнала

Авторы исходят из собственной модели. Быстро вращающаяся новорождённая чёрная дыра теряет энергию вращения в виде долгого сигнала с понижающейся частотой. Такой сигнал, GW170817B, эта же группа ранее выделила в данных после слияния нейтронных звёзд в 2017 году. Если перенести его масштаб на SN 2023ixf, то расстояние меньше примерно в шесть раз, детекторы во время инженерного прогона ER15 перед циклом O4 были в 1,8 раза чувствительнее, чем в O2, а ожидаемая масса чёрной дыры больше. По расчёту авторов, отношение сигнала к шуму выросло бы примерно с 6 до 170. У нейтронной звезды запас энергии вращения примерно на два порядка меньше, и её сигнал детекторы, скорее всего, не уловили бы.

Поиск не опирался на конкретную форму сигнала. Порог обнаружения для сигналов с меняющейся частотой составлял несколько стотысячных массы Солнца в энергетическом эквиваленте, для шумоподобного излучения ниже 1 кГц — около сотой. Вместе с электромагнитными фотометрическими и спектроскопическими данными отсутствие сигнала, по мнению команды, говорит в пользу сценария с нейтронной звездой и массой предшественницы ниже примерно 20 масс Солнца. Вывод зависит от принятой модели. В обычных поисках LIGO гравитационные волны от коллапса звезды считаются уловимыми лишь с расстояния в несколько мегапарсеков, а по оценке авторов сигнал от чёрной дыры был бы заметен до 160 мегапарсеков.