Ученые получили первые весомые доказательства того, что столкнулись черная дыра и нейтронная звезда, причем перед объединением они перемещались по эллиптической, а не по круговой траектории открытие ставит под сомнение устоявшиеся представления о том, как формируются и эволюционируют эти космические пары. Исследователи из Бирмингемского университета, Мадридского автономного университета и Института гравитационной физики Общества Макса Планка опубликовали результаты своих исследований в The Astrophysical Journal Letters.
Считается, что большая часть пар нейтронных звезд и черных дыр переходит на круговые орбиты до момента их слияния. Тем не менее, исследование гравитационно-волнового события GW200105 выявило, что в данном случае система имела вытянутую орбиту до слияния, которое привело к образованию черной дыры, масса которой в 13 раз превышает массу Солнца. Наблюдение вытянутой орбиты является новым для столкновений подобного рода.
По словам доктора Патрисии Шмидт из Бирмингемского университета, данное открытие предоставляет ценные сведения о процессе формирования этих необычных объектов. Оно указывает на неточность существующих теоретических представлений и ставит новые вопросы относительно мест их возникновения во Вселенной».
Новая модель гравитационных волн, созданная в Бирмингемском университете, была использована для анализа данных, полученных с детекторов LIGO и Virgo. Это дало возможность определить эксцентриситет орбиты, характеризующий ее «овальность», а также прецессию – колебание, вызванное вращением. Впервые эти два параметра были измерены одновременно при слиянии нейтронной звезды и черной дыры.
По словам Герайнта Праттена, научного сотрудника Королевского общества из Бирмингемского университета, вытянутая форма орбиты, наблюдаемая непосредственно перед слиянием, указывает на то, что эта система не эволюционировала в уединенных условиях, а, скорее всего, возникла в результате гравитационного воздействия других звезд или наличия третьего объекта».
На основе байесовского анализа, сопоставившего многочисленные теоретические прогнозы с фактическими данными, было установлено, что вероятность наличия круговой орбиты составляет 0,5 %.
В предыдущих исследованиях GW200105, основанных на предположении о круговой орбите, оценка массы черной дыры оказалась заниженной, а оценка массы нейтронной звезды — завышенной. Новое исследование внесло коррективы в эти оценки и не выявило убедительных признаков прецессии, что позволяет предположить, что эксцентриситет сформировался в ходе эволюции системы, а не вследствие вращения.
По словам Гонсало Морраса, исследователя из Института гравитационной физики Общества Макса Планка, полученные данные убедительно свидетельствуют о том, что не все системы, состоящие из нейтронных звезд и черных дыр, формируются одинаково. Необычная форма орбиты говорит о том, что эти объекты возникли в условиях, где звезды оказывают значительное гравитационное воздействие друг на друга».
Полученные данные ставят под вопрос устоявшееся представление о том, что все объединения нейтронных звёзд и чёрных дыр являются следствием единого, основного механизма. Это указывает на потребность в разработке более совершенных моделей волновых форм, которые смогут учесть всю многогранность этих систем.
Благодаря исследованиям удается объяснить увеличение числа слияний компактных двойных систем, а также расширяются перспективы для обнаружения еще более редких случаев, поскольку постоянно расширяется база данных гравитационных волн.
[Фото: Джераинт Праттен, исследователь, получающий стипендию от Королевского общества, Университет Бирмингема ]