Черная дыра поглотила двигавшуюся по овальной орбите нейтронную звезду
Ученые зафиксировали слияние нейтронной звезды с черной дырой. Гравитационно-волновое эхо этого редкого, но с учетом бесконечности космоса в общем-то не уникального события, достигло Земли 5 января 2020 года и получило соответствующее обозначение — GW200105.
Большинство двойных систем, состоящих из нейтронной звезды и черной дыры, как предполагается, задолго до столкновения переходят на круговые орбиты. Анализ GW200105 показывает, однако, что участники этой пары двигались по вытянутой орбите задолго до того, как слились в единую черную дыру, масса которой в 13 раз превышает солнечную. Ничего подобного ранее в столкновениях такого типа не наблюдалось.
«Это открытие дает важные новые данные для понимания механизмов сближения подобных экстремальных объектов. Оно показывает неполноту устоявшихся теорий и заставляет задуматься: как же рождаются такие пары во Вселенной?» — говорит астрофизик Патриция Шмидт из Бирмингемского университета.
Исследователи проанализировали данные детекторов LIGO и Virgo с помощью новой модели гравитационных волн, разработанной в Институте гравитационно-волновой астрономии Бирмингемского университета, результатами чего поделились на страницах The Astrophysical Journal Letters. Благодаря этому им удалось вычислить и эксцентриситет (вытянутость) орбит, и их прецессию (колебания). Для события слияния нейтронной звезды и черной дыры это первый случай измерения сразу двух параметров.
«Разгадка в орбите. Ее эллиптическая форма непосредственно перед слиянием указывает на то, что эта система не эволюционировала спокойно в изоляции, а почти наверняка сформировалась под воздействием гравитационных взаимодействий с другими звездами или, возможно, с третьим компаньоном», — полагает Герайнт Праттен, научный сотрудник Королевского общества из Бирмингемского университета.
Байесовский анализ, в ходе которого тысячи теоретических предсказаний сравнивались с реальными данными, показал, что круговая орбита крайне маловероятна — этот вариант отпадает с достоверностью 99,5%.
Предыдущие анализы GW200105, основанные на предположении о круговой орбите, занижали массу черной дыры и завышали массу нейтронной звезды. Новое исследование вносит коррективы в эти оценки и не находит убедительных свидетельств прецессии. Это значит, что эксцентриситет обусловлен условиями формирования системы, а не вращением компонентов.
«Это убедительное подтверждение, что не все пары нейтронная звезда — черная дыра имеют одинаковое происхождение. Эксцентричная орбита указывает на место рождения в среде, где множество звезд гравитационно взаимодействуют друг с другом», — добавляет Гонсало Моррас из Мадридского автономного университета и Института гравитационной физики Общества Макса Планка.
Исследование помогает объяснить растущее разнообразие, наблюдаемое в слияниях компактных двойных систем, и дает предпосылки к открытию еще более необычных путей их образования.
