Столкновение черной дыры и нейтронной звезды выявило ранее невиданную орбиту

Фото из открытых источников

Четыре обсерватории гравитационных волн по всему миру в последнее время активно работают, обнаружив сотни сигналов. Эти сигналы позволяют получить статистические данные о столкновениях невероятно компактных объектов, которые их вызывают, будь то нейтронные звезды или черные дыры. 

Новые данные также позволили обнаружить некоторые экстремальные космические аномалии, включая слияние черной дыры и нейтронной звезды, произошедшее с овальной, а не с круговой орбиты, — явление, ранее не наблюдавшееся и ставящее под сомнение предположения о происхождении «смешанных слияний». Исследование принято к публикации в журнале The Astrophysical Journal Letters и доступно на платформе ArXiv.

Тем, кто хоть немного знаком с космосом, это может показаться совсем не странным. Отец современной астрономии, Иоганнес Кеплер, еще в начале 1600-х годов выяснил, что орбиты планет вокруг Солнца имеют форму эллипса, то есть овала. Конечно, некоторые могут быть очень близки к кругу, как, например, Земля, но овальные орбиты — распространенный тип орбит в космосе. Оказывается, это не относится к нейтронным звездам, вращающимся вокруг черных дыр.

Во всех ранее зарегистрированных столкновениях нейтронные звезды находились на сжимающейся круговой орбите вокруг черной дыры. Однако слияние, получившее название GW200105, произошедшее на расстоянии около 910 миллионов световых лет, выглядело совсем иначе. В результате столкновения образовалась черная дыра массой в 13 раз превышающей массу Солнца. Статистический анализ с вероятностью 99,5% исключил круговую орбиту.

«Это открытие дает нам важные новые подсказки о том, как эти экстремальные объекты объединяются. Оно говорит нам о неполноте наших теоретических моделей и поднимает новые вопросы о том, где во Вселенной зарождаются такие системы», — объясняет соавтор исследования Патрисия Шмидт из Бирмингемского университета.

Сигнал, обнаруженный обсерваториями гравитационных волн, отражает лишь последние мгновения столкновения. Тем не менее, запечатленный в этих пространственно-временных колебаниях, он содержит огромный объем данных, которые еще предстоит собрать. Новые модели могут дать представление о состоянии системы задолго до слияния. Наличие двух таких объектов на овальной орбите говорит нам о чем-то еще более оригинальном.

«Орбита выдает все карты. Ее эллиптическая форма непосредственно перед слиянием показывает, что эта система развивалась не в изоляции, а почти наверняка сформировалась под воздействием гравитационных взаимодействий с другими звездами или, возможно, с третьим компаньоном», — добавил Герайнт Праттен из Бирмингемского университета.

Ведущий автор исследования Гонсало Моррас из Автономного университета Мадрида и Института гравитационной физики им. Макса Планка пояснил: «Это убедительное доказательство того, что не все пары нейтронная звезда-черная дыра имеют одинаковое происхождение. Эксцентричная орбита предполагает место рождения в среде, где множество звезд взаимодействуют гравитационно».