Аналіз гравітаційних хвиль показав, що чорна діра й нейтронна зоря перед злиттям оберталися по дивній траєкторії

Виявлено перші переконливі докази того, що перед злиттям чорна діра та нейтронна зоря оберталися по овальній траєкторії, а не по ідеальному колу, що ставить під сумнів давні припущення про те, як утворюються та еволюціонують такі космічні пари.

Про це повідомляють у Бірмінгемському університеті, передають OstanniPodii.com.

Очікується, що більшість пар нейтронних зірок і чорних дір задовго до злиття приймають кругові орбіти. Але аналіз гравітаційно-хвильової події GW200105 показує, що ця система рухалася по овальній орбіті задовго до злиття, утворивши чорну діру, яка у 13 разів масивніша за Сонце. Овальна орбіта — це щось, чого раніше ніколи не бачили в такого роду зіткненнях.

«Це відкриття дає нам важливі нові підказки про те, як утворюються ці екстремальні об′єкти. Воно показує, що наші теоретичні моделі є неповними, і порушує нові питання про те, де в Всесвіті народжуються такі системи», - відмітила співавторка дослідження Патрісія Шмідт з Бірмінгемського університету.

Дослідники проаналізували дані з детекторів LIGO й Virgo, використовуючи нову модель гравітаційних хвиль, розроблену в Інституті гравітаційної астрономії Бірмінгемського університету. Це дозволило їм виміряти як «овальність» орбіти (ексцентриситет), так і будь-яке коливання, спричинене обертанням (прецесія). Це перший випадок, коли ці два ефекти були виміряні разом у події з нейтронною зорею та чорною дірою.

«Орбіта видає секрет. Її еліптична форма безпосередньо перед злиттям показує, що ця система не еволюціонувала спокійно в ізоляції, а майже напевно була сформована гравітаційними взаємодіями з іншими зорями або третім супутником», - сказав співавтор Герайнт Праттен, науковий співробітник Королівського товариства з Бірмінгемського університету.

Баєсівський аналіз, що порівнює тисячі теоретичних прогнозів з реальними даними, показав, що кругова орбіта є надзвичайно малоймовірною, виключаючи її з вірогідністю 99,5%.

Маса чорної діри

Попередні аналізи GW200105, які припускали кругову орбіту, недооцінювали масу чорної діри та переоцінювали масу нейтронної зорі. Нове дослідження виправляє ці значення та не знаходить переконливих доказів прецесії, що вказує на те, що ексцентриситет був зумовлений її формуванням, а не обертанням.

«Це переконливий доказ того, що не всі пари нейтронних зірок і чорних дір мають однакове походження. Ексцентрична орбіта вказує на місце народження в середовищі, де багато зірок взаємодіють гравітаційно», - сказав співавтор роботи Гонсало Моррас з Автономного університету Мадрида та Інституту гравітаційної фізики імені Макса Планка.

Як відмічають дослідники, це відкриття ставить під сумнів поширену думку, що всі злиття нейтронних зірок і чорних дір відбуваються за одним панівним механізмом формування, і підкреслює необхідність створення більш досконалих моделей хвильових форм, здатних відобразити всю складність цих систем.

Дослідження допомагає пояснити велику різноманітність компактних бінарних злиттів і відкриває можливість виявлення ще більш незвичайних шляхів, за якими вони відбуваються, оскільки кількість виявлених гравітаційних хвиль продовжує зростати.

Дослідники опублікували свої висновки в The Astrophysical Journal Letters.

• Чорні діри
• Нейтронні зорі