Анализ гравитационных волн показал, что черная дыра и нейтронная звезда перед слиянием вращались по странной траектории

Обнаружены первые убедительные доказательства того, что перед слиянием черная дыра и нейтронная звезда вращались по овальной траектории, а не по идеальному кругу, что ставит под сомнение давние предположения о том, как образуются и эволюционируют такие космические пары.

Об этом сообщают в Бирмингемском университете, передают OstanniPodii.com.

Ожидается, что большинство пар нейтронных звезд и черных дыр задолго до слияния принимают круговые орбиты. Но анализ гравитационно-волнового события GW200105 показывает, что эта система двигалась по овальной орбите задолго до слияния, образовав черную дыру, которая в 13 раз массивнее Солнца. Овальная орбита — это то, чего раньше никогда не видели в такого рода столкновениях.

«Это открытие дает нам важные новые подсказки о том, как образуются эти экстремальные объекты. Оно показывает, что наши теоретические модели являются неполными, и поднимает новые вопросы о том, где во Вселенной рождаются такие системы», — отметила соавтор исследования Патрисия Шмидт из Бирмингемского университета.

Исследователи проанализировали данные с детекторов LIGO и Virgo, используя новую модель гравитационных волн, разработанную в Институте гравитационной астрономии Бирмингемского университета. Это позволило им измерить как «овальность» орбиты (эксцентриситет), так и любое колебание, вызванное вращением (прецессия). Это первый случай, когда эти два эффекта были измерены вместе в событии с нейтронной звездой и черной дырой.

«Орбита выдает секрет. Ее эллиптическая форма непосредственно перед слиянием показывает, что эта система не эволюционировала спокойно в изоляции, а почти наверняка была сформирована гравитационными взаимодействиями с другими звездами или третьим спутником», - сказал соавтор Герайнт Праттен, научный сотрудник Королевского общества из Бирмингемского университета.

Байесовский анализ, сравнивающий тысячи теоретических прогнозов с реальными данными, показал, что круговая орбита является чрезвычайно маловероятной, исключая ее с вероятностью 99,5%.

Масса черной дыры

Предыдущие анализы GW200105, которые предполагали круговую орбиту, недооценивали массу черной дыры и переоценивали массу нейтронной звезды. Новое исследование исправляет эти значения и не находит убедительных доказательств прецессии, что указывает на то, что эксцентриситет был обусловлен ее формированием, а не вращением.

«Это убедительное доказательство того, что не все пары нейтронных звезд и черных дыр имеют одинаковое происхождение. Эксцентрическая орбита указывает на место рождения в среде, где многие звезды взаимодействуют гравитационно», — сказал соавтор работы Гонсало Моррас из Автономного университета Мадрида и Института гравитационной физики имени Макса Планка.

Как отмечают исследователи, это открытие ставит под сомнение распространенное мнение, что все слияния нейтронных звезд и черных дыр происходят по одному господствующему механизму формирования, и подчеркивает необходимость создания более совершенных моделей волновых форм, способных отразить всю сложность этих систем.

Исследование помогает объяснить большое разнообразие компактных бинарных слияний и открывает возможность обнаружения еще более необычных путей, по которым они происходят, поскольку количество обнаруженных гравитационных волн продолжает расти.

Исследователи опубликовали свои выводы в The Astrophysical Journal Letters.