Черная дыра и нейтронная звезда столкнулись на «неправильной» орбите

Астрономы обнаружили самое убедительное на сегодняшний день свидетельство столкновения черной дыры и нейтронной звезды, которое произошло, когда эти объекты двигались по вытянутой эллиптической орбите.

Ученые долгое время считали, что перед столкновением черная дыра и нейтронная звезда движутся по круговой орбите. Новое наблюдение показало, что это не всегда так.

Источник: Caltech/R. Hurt (IPAC)

Согласно общепринятой теории, пары из нейтронных звезд и черных дыр задолго до слияния должны выходить на круговые орбиты: гравитационные волны постепенно уносят энергию системы, «скругляя» траектории. Однако группа ученых из Бирмингемского университета, Автономного университета Мадрида и Института гравитационной физики Макса Планка заново проанализировала гравитационно-волновое событие GW200105, зарегистрированное детекторами LIGO и Virgo, и пришла к неожиданному выводу: незадолго до слияния система все еще двигалась по вытянутой овальной орбите. Результатом столкновения стала черная дыра массой около 13 солнечных.

Для анализа события астрономы использовали новую модель, разработанную в Институте астрономии гравитационных волн Бирмингемского университета. Она впервые позволила одновременно измерить два параметра — эксцентриситет орбиты и прецессию, связанную с вращением объектов. Байесовский анализ, сравнивший тысячи теоретических моделей с реальным сигналом, показал, что круговая орбита исключается с уверенностью 99,5%.

«Орбита выдает всю историю, — говорит Герайнт Праттен из Бирмингемского университета. — Ее эллиптическая форма прямо перед слиянием показывает, что эта система не эволюционировала спокойно в изоляции, а почти наверняка была сформирована гравитационными взаимодействиями с другими звездами или, возможно, третьим компаньоном».

Визуализация эксцентричной двойной системы нейтронная звезда – черная дыра

Источник: Бирмингемский университет

Примечательно, что прежние исследования события GW200105 исходили из предположения о круговой орбите. Из-за этого масса черной дыры была занижена, а масса нейтронной звезды — завышена. Новый анализ исправляет эти оценки.

«Это убедительное доказательство того, что не все пары нейтронных звезд и черных дыр имеют одинаковое происхождение, — отмечает сотрудник Автономного университета Мадрида Гонсало Моррас. — Эксцентричная орбита указывает на рождение в среде, где множество звезд гравитационно взаимодействуют друг с другом».

Открытие стало убедительным доказательством того, что пути формирования таких систем гораздо разнообразнее, чем считалось. По мере того как гравитационно-волновые детекторы будут регистрировать все больше событий такого рода, астрономы ожидают обнаружить новые необычные системы, которые раскроют неизвестные сценарии космических столкновений.

Ранее астрономы впервые зафиксировали необычный «щебет» сверхновой звезды.