Событие GW200208 222617, зафиксированное гравитационными обсерваториями на Земле несколько лет назад, стало первым достаточно убедительным признаком слияния черных дыр, имеющих вытянутые орбиты. Анализ показал, что этот признак указывает на слияние, которое, вероятно, произошло в плотном скоплении. Ранее предполагалось, что скопления с большим количеством черных дыр могут быть связаны с темной материей.
Начиная с 2015 года, обсерватории LIGO-Virgo получили возможность регистрировать слияния черных дыр. Это стало возможным благодаря измерению времени прохождения лазерного импульса через протяженные туннели: гравитационная волна, исходящая от удаленного события и деформирующая пространство-время, изменяет характеристики светового пучка при прохождении между точками А и Б.
Благодаря этому методу наблюдения за небесными телами претерпели значительные изменения, поскольку обнаружение малоразмерных черных дыр другими способами представляется крайне сложной задачей. Однако, само по себе выявление гравитационных волн не предоставляет достаточного объема информации о черных дырах или нейтронных звездах, которые породили их при слиянии.
Даже вычисление расстояния до них сопряжено со значительной погрешностью. Например, пара чёрных дыр, объединившихся в событии GW200208 22261, сформировала тело с общей массой приблизительно в 20 солнечных, однако оценки расстояния до него варьируются от восьми до тринадцати миллиардов световых лет.
Астрофизики из Кардиффского университета, расположенного в Великобритании, предприняли попытку определить условия, в которых возникали черные дыры, являющиеся предшественниками таких явлений. Результаты исследования были опубликованы в научной статье опубликовали в журнале Physical Review D.
Исследователям удалось продемонстрировать, что с большой долей уверенности орбиты обоих черных дыр вокруг их общего центра тяжести имели вытянутую форму, значительно отличающуюся от идеальной окружности. Подобные конфигурации встречаются редко среди зафиксированных слияний черных дыр, поскольку большинство зарегистрированных гравитационных волн свидетельствуют о более округлых орбитах.
Для массивных объектов круговые орбиты реализуются при условии, что оба тела на протяжении длительного времени вращаются вокруг общего центра тяжести, что приводит к постепенному «округлению» орбит. Вытянутые траектории могут возникнуть, если черные дыры столкнулись случайно, не вращаясь вокруг общего центра тяжести, однако это крайне маловероятный сценарий, учитывая их небольшие размеры.
По всей видимости, причиной вытянутых орбит могло стать воздействие третьего тела или даже группы тел. В этом случае чёрные дыры до столкновения вращались вокруг друг друга, однако третье тело (будь то чёрная дыра, звезда или другой объект) препятствовало формированию округлых орбит, оказывая гравитационное воздействие. Однако наличие третьего тела встречается не во всех областях космоса: в большинстве регионов галактики недостаточно высокая плотность объектов.
В ходе исследования авторы научной работы проверили различные модели окружения, в котором могло возникнуть событие GW200208 22261. Они исключили гипотезу о его возникновении в активном ядре галактик, что указывает на то, что центральные, плотные области галактик, скорее всего, не послужили источником этого сигнала.
Слияние ЧД более вероятно в тройной звездной системе или в пределах плотного шарового скопления. Ученые определили звездное шаровое скопление как наиболее вероятный сценарий. Как сообщалось ранее Naked Science, другие научные группы считают, что подобные слияния происходят в темных шаровых скоплениях, состоящих в основном из черных дыр, а не обычных звезд.