Астрономы обнаружили необычное слияние черной дыры и нейтронной звезды

Международная группа исследователей обнаружила убедительные доказательства того, что черная дыра и нейтронная звезда могут сталкиваться, двигаясь по вытянутой орбите. До этого астрономы предполагали, что такие системы перед слиянием почти всегда переходят на круговую траекторию. Новые данные ставят под сомнение это представление и указывают на более сложные механизмы формирования подобных космических объектов.

Исследование провели специалисты Бирмингемского университета, Мадридского автономного университета и Института гравитационной физики Общества Макса Планка. Результаты научной работы были опубликованы 11 марта в журнале The Astrophysical Journal Letters.

В центре внимания ученых оказалось гравитационно-волновое событие GW200105. Анализ показал, что незадолго до столкновения черная дыра и нейтронная звезда двигались по эллиптической орбите. В результате слияния образовалась черная дыра массой примерно в 13 раз больше массы Солнца. Подобные случаи ранее практически не фиксировались.

Как объяснила астрофизик Бирмингемского университета Патрисия Шмидт, это открытие позволяет по-новому взглянуть на процессы формирования таких экстремальных объектов. По её словам, полученные данные указывают на необходимость пересмотра некоторых теоретических моделей происхождения компактных космических систем.

Для анализа события ученые использовали данные детекторов гравитационных волн LIGO и Virgo. С помощью новой модели, разработанной в Институте гравитационно-волновой астрономии Бирмингемского университета, исследователи смогли определить форму орбиты и измерить её эксцентриситет. Кроме того, специалисты проверили наличие прецессии — эффекта, связанного с вращением объектов.

Анализ показал, что система не развивалась изолированно. Эллиптическая орбита указывает на то, что формирование пары происходило в плотной звездной среде, где возможны частые гравитационные взаимодействия с другими звездами или даже с третьим объектом.

Учёные провели байесовский анализ, сопоставив тысячи теоретических моделей с реальным сигналом гравитационных волн. Результаты показали, что вероятность круговой орбиты крайне мала — она исключается с вероятностью около 99,5 %.

Предыдущие исследования события GW200105 исходили из предположения о круговой орбите. Из-за этого масса черной дыры ранее была недооценена, а масса нейтронной звезды — завышена. Новый анализ позволил уточнить параметры системы и показал, что эллиптическая траектория возникла скорее в процессе формирования пары, а не в результате эффектов вращения.

По мнению исследователей, результаты работы свидетельствуют о том, что слияния нейтронных звезд и черных дыр могут происходить по нескольким различным сценариям. Некоторые из них связаны с плотными звездными скоплениями, где гравитационные взаимодействия между объектами происходят значительно чаще.

Астрономы отмечают, что по мере увеличения количества наблюдений гравитационных волн ученые смогут обнаружить ещё больше необычных систем. Это позволит глубже понять процессы формирования и эволюции компактных космических объектов и механизмы мощных космических столкновений, пишет sciencedaily.com.