Гравитационные детекторы выявили редкую траекторию перед слиянием черной дыры и нейтронной звезды

Ученые получили первое убедительное свидетельство того, что перед столкновением в гравитационно-волновом событии GW200105 черная дыра и нейтронная звезда двигались по овальной орбите, а не по почти идеальному кругу, как предполагалось ранее. Результаты исследования, представленные в журнале The Astrophysical Journal Letters, могут изменить представления о формировании и эволюции таких экстремальных космических систем.

«Считается, что пары из черной дыры и нейтронной звезды к моменту слияния постепенно переходят на почти идеально круговую орбиту. Однако новый анализ показал, что перед финальным столкновением объекты двигались по выраженной эллиптической траектории. После слияния образовалась черная дыра массой примерно в 13 раз больше массы Солнца», – рассказывают авторы исследования.

Подобная овальная орбита в таких системах наблюдается впервые. Это указывает на то, что пара сформировалась не в изолированной двойной системе, а в более «бурной» среде, где на нее могли влиять другие звезды или даже третий компаньон.

Для анализа ученые применили новую модель гравитационных волн. Она позволила одновременно измерить эксцентриситет орбиты – степень ее вытянутости – и возможные колебания орбитальной плоскости из-за вращения объектов – прецессию. Впервые оба эффекта удалось исследовать вместе для системы «нейтронная звезда – черная дыра».

Байесовский анализ, в котором тысячи теоретических моделей сравнивались с реальными данными наблюдений, показал, что вероятность круговой орбиты крайне мала. Ученые смогли исключить ее с уверенностью 99,5%.

Новый результат также уточнил параметры объектов. Ранее, исходя из предположения о круговой орбите, масса черной дыры была занижена, а масса нейтронной звезды, наоборот, завышена. Обновленные расчеты показали, что признаки прецессии практически отсутствуют, а эксцентриситет орбиты, вероятно, возник еще на этапе формирования системы.

Исследование подтверждает, что такие космические пары могут появляться разными путями, а не по единому сценарию, как считалось ранее, и по мере роста числа зарегистрированных гравитационных волн астрономы будут обнаруживать все больше необычных типов слияний компактных объектов.