Черная дыра поглотила нейтронную звезду, движущуюся по овальной орбите

Ученые зафиксировали слияние нейтронной звезды с черной дырой. Гравитационно-волновое эхо этого редкого, но, учитывая бесконечность космоса, вообще не уникального события достигло Земли 5 января 2020 года и получило соответствующее обозначение — GW200105.

Ожидается, что большинство двойных систем, состоящих из нейтронной звезды и черной дыры, выйдут на круговые орбиты задолго до столкновения. Однако анализ GW200105 показывает, что члены этой пары двигались по вытянутой орбите задолго до того, как слились в единую черную дыру с массой в 13 раз больше Солнца. Ничего подобного при столкновениях такого типа ранее не наблюдалось.

"Это открытие дает важные новые данные для понимания механизмов сближения столь экстремальных объектов. Оно показывает незавершенность устоявшихся теорий и заставляет задуматься: как во Вселенной рождаются такие пары?" говорит астрофизик Патрисия Шмидт из Университета Бирмингема.

Исследователи проанализировали данные детекторов LIGO и Virgo, используя новую модель гравитационных волн, разработанную в Институте астрономии гравитационных волн Бирмингемского университета, результаты которой были опубликованы в The Astrophysical Journal Letters. Благодаря этому они смогли рассчитать как эксцентриситет (удлинение) орбит, так и их прецессию (колебания). В случае слияния нейтронной звезды и черной дыры это первый случай, когда два параметра были измерены одновременно.

"Решение находится на орбите. Ее эллиптическая форма непосредственно перед слиянием предполагает, что система не развивалась спокойно в изоляции, а почти наверняка сформировалась в результате гравитационного взаимодействия с другими звездами или, возможно, с третьим компаньоном", - говорит Герайнт Праттен, член Королевского общества в Университете Бирмингема.

Байесовский анализ, сравнивший тысячи теоретических предсказаний с реальными данными, показал, что круговая орбита крайне маловероятна — этот вариант исключается с уверенностью 99,5%.

Предыдущие анализы GW200105, основанные на предположении о круговой орбите, недооценивали массу черной дыры и переоценивали массу нейтронной звезды. Новое исследование корректирует эти оценки и не находит убедительных доказательств прецессии. Это означает, что эксцентриситет определяется условиями образования системы, а не вращением компонентов.

"Это убедительное доказательство того, что не все пары нейтронная звезда-черная дыра имеют одинаковое происхождение. Эксцентричная орбита указывает на место рождения в среде, где многие звезды гравитационно взаимодействуют друг с другом", - добавляет Гонсало Моррас из Автономного университета Мадрида и Института гравитационной физики Макса Планка.

Исследование помогает объяснить растущее разнообразие, наблюдаемое при слияниях компактных двойных систем, и дает ключ к открытию еще более необычных способов их формирования.