Кратко и по делу — какие признаки в GW‑сигналах и сопутствующих наблюдениях позволяют отличать типы сливающихся объектов, что было извлечено из GW150914 и GW170817, и какие остались вопросы.
1) Признаки, по которым отличают тип сливающихся объектов
- Массы: компактные объекты различаются по массам. Чёрные дыры (ЧД) в детекции имеют компоненты десятки солнечных масс, нейтронные звёзды (НЗ) — около единиц. Пример критериев: если компоненты $\gtrsim 3M_{\odot }$ — вероятно ЧД, если $\sim 1.0-2.5M_{\odot }$ — НЗ (граница неизвестна точно).
- Фаза и частотный ход (инспирал): наличие эффектов приливного деформирования (tidal phasing) меняет фазу сигнала на высоких частотах — признак НЗ. Тидальные параметры кодируются через эффективную деформабельность $\tilde{\Lambda }$.
- Окончание сигнала и постмерджер: ЧД–ЧД дают яркий «мерджер» и чистый рингдаун от образовавшегося ЧД; НЗ–НЗ или НЗ–ЧД могут дать сложный постмергерный спектр (килькангц), долгоживущие осцилляции или быстрое образование ЧД.
- Спины и ориентация: величина и ориентация спинов влияют на прецессию и фазу — помогает в реконструкции, но не всегда однозначно определяет тип.
- Электромагнитная (ЭМ) эмиссия: сопутствующий ГРБ, килонова, рентген/радио после вспышки — однозначный индикатор наличия НЗ (наличие массы извне для нуклеосинтеза и выделения материи). ЧД–ЧД обычно не дают яркой ЭМ‑эмиссии (если нет окружения).
- Кинематика выбросов: масса выброса $M_{\mathrm{ej}}$, скорость $v_{\mathrm{ej}}$ и состав (лантаноиды/без) определяют цвет и светимость килонов. Характерные значения: $M_{\mathrm{ej}}\sim 10^{-3}-10^{-1}{M}_{\odot }$, $v_{\mathrm{ej}}\sim 0.1-0.3c$.
2) GW150914 — ключевые наблюдения и выводы
- Наблюдения: первый уверенный GW: компоненты $m_1\approx 36_{-4}^{+5}{M}_{\odot }$, $m_2\approx 29_{-4}^{+4}{M}_{\odot }$; малые или умеренные эффекты спина в доступной чувствительности; сильный мерджер и рингдаун.
- Ремнант: масса $\sim 62M_{\odot }$, спин около $a\sim 0.67$; энергоизлучение в ГВ порядка $\sim 3M_{\odot }{c}^2$.
- Отсутствие ЭМ‑контакта.
- Фундаментальные выводы:
- Прямое наблюдение слияния ЧД — подтверждение существования массивных стеллярных ЧД.
- Проверки общей теории относительности (ОТО) в сильном поле: согласие формы сигнала (инспирал–мерджер–рингдаун) с предсказаниями GR, нет значимых отклонений.
- Вопросы эволюции: происхождение столь тяжёлых ЧД (звёздная эволюция, низкая металличность, динамика в скоплениях, возможные слияния цепочек).
- Ограничения на массу гравитона: из LIGO аналога $m_g\lesssim 1.2\times 10^{-22}\mathrm{eV}/c^2$ (порядок величины).
3) GW170817 — ключевые наблюдения и выводы
- GW‑характеристики: компоненты масс в пределах примерно $m_{1,2}\sim 1.17-1.6M_{\odot }$ (сумма $\sim 2.7M_{\odot }$); заметные ограничения на приливную деформабельность — эффективная $\tilde{\Lambda }$ ограничена сверху ($\tilde{\Lambda }\lesssim 800$ на 90% уровне для первоначального анализа), что даёт ограничения на радиусы НЗ ($R_{1.4}\sim 11-13\mathrm{km}$ в зависимости от модели EOS).
- ЭМ‑сопровождение: короткий гамма‑всплеск GRB170817A задержался на $\sim 1.7\mathrm{s}$ после слияния; оптическая/инфракрасная килонова AT2017gfo (синяя и красная компоненты); рентген/радио после‑свет от углового джета / структурного джета.
- Выбросы и кинематика: оценка массы выброса порядка $M_{\mathrm{ej}}\sim 0.03-0.06M_{\odot }$ (разные компоненты), скорости для «синего» компонента $v\sim 0.2-0.3c$, для «красного» $v\sim 0.1-0.2c$; состав с разной долей лантаноидов объясняет спектральный эволюционный переход.
- Фундаментальные выводы:
- Прямая связь НЗ–НЗ с короткими ГРБ и килоновыми — доказательство места происхождения r‑процесса тяжёлых элементов (золото, платина и т.д.), по крайней мере в значительной доле.
- Очень жёсткие ограничения на скорость распространения гравитационных волн: $|v_{\mathrm{gw}}-c|/c\lesssim 10^{-15}$, что исключает многие модифицированные теории гравитации с нарушением световой скорости сигналов.
- Стандартный сирена: независимая оценка постоянной Хаббла $H_0$ (первичная оценка $H_0=70_{-8}^{+12}\mathrm{km}{\mathrm{s}}^{-1}\mathrm{Mp}{\mathrm{c}}^{-1}$).
- Ограничения на EOS: уменьшены допустимые радиусы и деформабельности НЗ.
- Физика джета: наблюдения радио/рентген после события показали структурированный/отклонённый джет, важное для модели коротких ГРБ.

4) Открытые вопросы и направления для дальнейших исследований
- Происхождение тяжёлых стеллярных ЧД (как в GW150914): каналы формирования, роль металличности, влияние бинарных взаимодействий, возможные динамические сборки.
- Точное положение и причина «массовых зазоров» между НЗ и ЧД (пустота $\sim 2-5M_{\odot }$ ?) и граница максимальной массы НЗ.
- Внутренняя структура НЗ и уравнение состояния при сверхъядерной плотности: пока остаются существенные допущения — нужны детекции постмергерного GW‑сигнала (кильканц) на кГц для прямых измерений.
- Механизм переноса массы и запуска jет‑/ГРБ‑эмиссии, роль магнитных полей и нейтринных процессов в момент слияния.
- Полные р‑процессные выходы: сколько тяжёлых элементов продуцируется в сумме всеми слияниями НЗ и другими источниками (например, магнитары, коллаборации)?
- Возможные ЭМ‑сигнатуры ЧД–ЧД (при наличии окружения) и поиск слабых/поздних контрпартнёров.
- Точные измерения спинов и ориентаций компонент — помогут отдифференцировать каналы формирования (изолированная эволюция vs динамика).
- Поиск отклонений от GR на больших выборках / более высокой чувствительности: пока — согласие с GR, но пределы будут улучшаться.
5) Итог
- Различать типы слияний позволяют: массы, tidal‑эффекты в фазе, характер мерджера и постмергерный спектр, наличие ЭМ‑контрпартнёров и кинематика выбросов.
- GW150914 подтвердил существование массивных ЧД и согласие с GR в сильном поле; GW170817 объединил GW и ЭМ‑наблюдения, дал прямые доказательства связи НЗ–НЗ с короткими ГРБ и r‑процессом, жёсткие ограничения на скорость гравитации и полезные ограничения на EOS и H0.
- Остаются фундаментальные вопросы о происхождении объектов, EOS при сверхъядерных плотностях, механизмах запуска ЭМ‑излучения и точных тестах фундаментальной физики — для ответа нужны новые детекции и улучшенная чувствительность на кГц.