Jak wygląda zderzenie gwiazdy neutronowej z czarną dziurą?

Astronomowie lepiej zrozumieli jak, wygląda zderzenie gwiazdy neutronowej z czarną dziurą, dzięki odkryciu, że obiekty te przed połączeniem poruszały się po niezwykłej orbicie.

.W ramach nowego badania, naukowcy zUniversity of Birmingham, Universidad Autónoma de MadridorazMax Planck Institute for Gravitational Physics, odkryli dowody na to, że czarna dziura i gwiazda neutronowa zderzyły się, poruszając się wcześniej po owalnej (eliptycznej) orbicie, zamiast po niemal idealnym okręgu tuż przed połączeniem. Odkrycie to podważa długo utrzymywane założenia dotyczące tego, jak takie kosmiczne pary powstają i ewoluują. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters”.

.Jak opisują astronomowie, większość par gwiazda neutronowa-czarna dziura powinna, według dotychczasowych modeli, okrążać się po niemal idealnych kołowych orbitach na długo przed zderzeniem. Jednak analiza fal grawitacyjnych sygnału oznaczonego jako GW200105 wykazała, że tego typu układ poruszał się po owalnej orbicie (oval orbit) jeszcze długo przed połączeniem, w wyniku którego powstała czarna dziura o masie 13 razy większej od Słońca. Tego rodzaju owalna orbita nigdy wcześniej nie została zaobserwowana w tego rodzaju kolizji.

„To odkrycie dostarcza nam kluczowych wskazówek dotyczących tego, jak te ekstremalne obiekty łączą się. Wskazuje to również, że nasze modele teoretyczne są niepełne i rodzi nowe pytania o to, gdzie we Wszechświecie powstają takie układy” – mówi Patricia Schmidt z University of Birmingham.

W czasie badania, naukowcy przeanalizowali dane z detektorów LIGO i Virgo, wykorzystując nowy model fal grawitacyjnych opracowany przez astronomów z University of Birmingham. Pozwoliło to zmierzyć im zarówno stopień „owalności” orbity (ekscentryczność), jak i ewentualne chwianie wywołane rotacją obiektów (precesję). To pierwszy raz, gdy badaczom udało się określić oba te efekty jednocześnie w zdarzeniu z udziałem gwiazdy neutronowej i czarnej dziury.

„Orbita pomaga lepiej zrozumieć, jak wyglądało całe wydarzenie. Jej eliptyczny kształt tuż przed zderzeniem pokazuje, że układ ten nie ewoluował spokojnie w izolacji, lecz niemal na pewno został ukształtowany przez oddziaływania grawitacyjne z innymi gwiazdami, a być może nawet z trzecim towarzyszem” Geraint Pratten z University of Birmingham.

Analizy statystyczne, w których naukowcy porównali tysiące przewidywań teoretycznych z rzeczywistymi danymi, wykazała, że w tym przypadku orbita kołowa była niezwykle mało prawdopodobna, a badacze wykluczyli ją z 99,5 proc. pewnością.

Wcześniejsze analizy sygnału GW200105, zakładające orbitę kołową, zaniżały masę czarnej dziury i zawyżały masę gwiazdy neutronowej. Nowe badanie, jak wskazują astronomowie, koryguje te wartości i nie odkryto w jego czasie przekonujących dowodów na precesję, co wskazuje, że ekscentryczność orbity została „nadana” już w momencie powstania układu, a nie przez obrót obiektów.

„To przekonujący dowód, że nie wszystkie pary gwiazda neutronowa-czarna dziura mają to samo pochodzenie. Eliptyczna orbita w tym przypadku sugeruje, że mogą one powstać w środowisku, gdzie wiele gwiazd oddziałuje ze sobą grawitacyjnie” – zaznacza Gonzalo Morras z Universidad Autónoma de Madrid.

.Jak twierdzą naukowcy, odkrycie to podważa dominujący pogląd, że wszystkie zderzenia gwiazd neutronowych z czarnymi dziurami powstają w wyniku tego samego scenariusza. Podkreśla też potrzebę opracowania bardziej złożonych modeli fal grawitacyjnych, które potrafiłyby uchwycić złożoność takich układów.

Emil Gołoś