Mokslininkai, analizuodami gravitacinių bangų signalą, atrado, kad neutroninė žvaigždė ir juodoji skylė prieš pat susijungimą sukosi ovalo formos orbitoje. Šis neįprastas judėjimas, aptiktas GW200105 įvykyje, prieštarauja ilgai puoselėtai nuomonei, kad tokios poros prieš susidūrimą nusistovi beveik idealiuose apskritimuose. Ekscentrinė orbita rodo, kad sistema greičiausiai susiformavo chaotiškoje žvaigždžių aplinkoje, kurioje buvo stipri gravitacinė sąveika.
Keista ovali orbita juodosios skylės susidūrimo metu
Menininko įspūdis apie ekscentrišką neutroninės žvaigždės ir juodosios skylės dvinarę sistemą. Neutroninės žvaigždės kelias pavaizduotas mėlyna spalva, o juodosios skylės judėjimas – oranžine spalva, kai du objektai skrieja vienas aplink kitą. Čia parodytas ekscentricitetas yra perdėtas, palyginti su tikra sistema GW200105, kad orbitinio judėjimo poveikis būtų aiškesnis. Nuotrauka: Geraint Pratten, Karališkosios draugijos universiteto mokslinis bendradarbis, Birmingemo universitetas
Mokslininkai rado iki šiol stipriausių įrodymų, kad juodoji skylė ir neutroninė žvaigždė susidūrė judėdamos ovalo formos orbita, o ne beveik tobulais apskritimais, kurių mokslininkai paprastai tikisi prieš tokius susijungimus. Šis atradimas meta iššūkį ilgalaikėms idėjoms apie tai, kaip šios ekstremalios kosminės poros formuojasi ir evoliucionuoja.
Tyrimą atliko Birmingemo universiteto, Madrido autonominio universiteto ir Maxo Plancko gravitacinės fizikos instituto mokslininkai. Jų išvados buvo paskelbtos kovo 11 d. žurnale „The Astrophysical Journal Letters“.
Neįprasta ovali orbita aptikta juodosios skylės ir neutroninės žvaigždės susijungimo metu
Astronomai paprastai tikisi, kad neutroninių žvaigždžių ir juodųjų skylių poros nusistovės apskritomis orbitomis gerokai prieš susijungdamos. Tačiau nauja gravitacinių bangų įvykio GW200105 analizė parodė, kad ši sistema vis dar judėjo ovalo formos trajektorija prieš pat dviejų objektų susijungimą. Susijungimo metu galiausiai susidarė juodoji skylė, kurios masė apie 13 kartų didesnė už Saulę. Tokios ovalios orbitos aptikimas tokio tipo įvykyje anksčiau nebuvo aprašytas.
Dr. Patricia Schmidt iš Birmingemo universiteto paaiškino: „Šis atradimas suteikia mums gyvybiškai svarbių naujų užuominų apie tai, kaip šie ekstremalūs objektai susijungia. Tai rodo, kad mūsų teoriniai modeliai yra nepilni, ir kelia naujų klausimų apie tai, kur Visatoje gimsta tokios sistemos.“
Gravitacinių bangų duomenys atskleidžia orbitos formą
Norėdama ištirti šį įvykį, komanda tyrė LIGO ir Virgo gravitacinių bangų detektorių duomenis, naudodama naują modelį, sukurtą Birmingemo universiteto Gravitacinių bangų astronomijos institute. Šis metodas leido tyrėjams išmatuoti, kiek ištempta orbita (koks ekscentriškumas), ir nustatyti, ar sistemoje yra su sukiniu susijęs svyravimas (precesija). Tai pirmas kartas, kai mokslininkai išmatavo abu šiuos efektus kartu neutroninės žvaigždės ir juodosios skylės susiliejimo įvykyje.
Geraint Pratten, Karališkosios draugijos universiteto mokslo darbuotojas iš Birmingemo universiteto, sakė: „Orbita išduoda žaidimą. Jos elipsinė forma prieš pat susijungimą rodo, kad ši sistema nesivystė izoliuotai, bet beveik neabejotinai buvo suformuota gravitacinės sąveikos su kitomis žvaigždėmis arba galbūt trečiuoju palydovu.“
Nauja analizė meta iššūkį ankstesnei prielaidai
Komanda atliko Bajeso analizę, kurios metu tūkstančiai teorinių modelių buvo palyginti su tikruoju gravitacinių bangų signalu. Jų rezultatai rodo, kad apskrita orbita yra labai mažai tikėtina, atmetant ją su 99,5 % patikimumu.
Ankstesni GW200105 tyrimai darė prielaidą, kad orbita yra apskrita. Dėl šios prielaidos jie nepakankamai įvertino juodosios skylės masę ir pervertino neutroninės žvaigždės masę. Nauja analizė pataiso šiuos matavimus ir neranda jokių tvirtų precesijos įrodymų, o tai rodo, kad ovali orbita greičiausiai atsirado sistemos formavimosi metu, o ne dėl sukimosi efektų.
Gonzalo Morras iš Madrido Autonominio universiteto ir Maxo Plancko gravitacinės fizikos instituto sakė: „Tai įtikinamas įrodymas, kad ne visos neutroninių žvaigždžių ir juodųjų skylių poros turi tą pačią kilmę. Ekscentrinė orbita rodo gimimo vietą aplinkoje, kurioje daugelis žvaigždžių sąveikauja gravitaciškai.“
Sudėtingesnis kosminių susijungimų vaizdas
Šie rezultatai meta iššūkį plačiai paplitusiai idėjai, kad visi neutroninių žvaigždžių ir juodųjų skylių susijungimai vyksta vienu dominuojančiu formavimosi keliu. Vietoj to, tyrimas rodo, kad gali egzistuoti keli formavimosi scenarijai, kai kuriuos iš jų formuoja tankiai susitelkusios žvaigždžių aplinkos, kuriose dažnos gravitacinės sąveikos.
Tyrimas taip pat padeda paaiškinti didėjančią kompaktiškų dvinarių susijungimų, stebimų gravitacinių bangų pagalba, įvairovę. Detektoriams toliau fiksuojant daugiau įvykių, astronomai tikisi atrasti daugiau neįprastų sistemų, kurios atskleis naujus šių galingų kosminių susidūrimų maršrutus.
Gonzalo Morras, Geraint Pratten, Patricia Schmidt. Orbital Eccentricity in a Neutron Star–Black Hole Merger. The Astrophysical Journal Letters, 2026; 1000 (1): L2 DOI: 10.3847/2041-8213/ae474c