Raziskovalci so prvič našli trdne dokaze, da sta črna luknja in nevtronska zvezda tik pred združitvijo krožili drug okoli drugega po ovalni, ne pa krožni orbiti. Odkritje postavlja pod vprašaj dosedanje predstave o tem, kako nastajajo in se razvijajo takšni ekstremni kozmični sistemi.
Raziskavo so izvedli znanstveniki z Univerze v Birminghamu, Univerze v Madridu in Inštituta Maxa Plancka za gravitacijsko fiziko. Njihovi rezultati so bili objavljeni v znanstveni reviji The Astrophysical Journal Letters.
Znanstveniki so analizirali dogodek gravitacijskega vala, označen kot GW200105. Gre za signal, ki so ga zaznali detektorji gravitacijskih valov in ki kaže na združitev nevtronske zvezde in črne luknje. Do zdaj so raziskovalci predvidevali, da takšni pari že dolgo pred trkom preidejo v skoraj popolnoma krožno orbito. Nova analiza pa kaže drugačno sliko.
Kot poudarja Patricia Schmidt z Univerze v Birminghamu, „to odkritje nam daje ključne nove namige o tem, kako se ti ekstremni objekti združijo“. Dodala je, da rezultati kažejo, „da so naši teoretični modeli nepopolni in odpirajo nova vprašanja o tem, kje v vesolju nastajajo takšni sistemi“.
Po združitvi je nastala črna luknja, katere masa je približno 13-krat večja od mase Sonca.
Novi model gravitacijskih valov
Raziskovalna skupina je analizirala podatke detektorjev LIGO in Virgo z uporabo novega modela gravitacijskih valov, razvitega na Univerzi v Birminghamu.
Ta pristop je raziskovalcem omogočil, da so hkrati izmerili ekscentričnost orbite – torej stopnjo njene ovalnosti – ter morebitno precesijo, to je nihanje orbite zaradi vrtenja objektov. Po navedbah raziskovalcev je to prvi primer, ko sta bila oba učinka izmerjena hkrati pri združitvi nevtronske zvezde in črne luknje.
Geraint Pratten z Univerze v Birminghamu je ob tem poudaril: „Orbita razkriva vse. Njena eliptična oblika tik pred združitvijo kaže, da se sistem ni razvijal mirno v izolaciji, temveč so ga skoraj zagotovo oblikovale gravitacijske interakcije z drugimi zvezdami ali morda s tretjim spremljevalcem.“
Statistična analiza izključila krožno orbito
Raziskovalci so uporabili Bayesovo statistično metodo, s katero so primerjali na tisoče teoretičnih modelov z dejanskimi podatki gravitacijskih valov. Rezultati kažejo, da je možnost krožne orbite izjemno majhna. Po njihovih izračunih je bila izključena z 99,5-odstotno verjetnostjo.
Nova analiza je popravila tudi prejšnje ocene mase objektov v tem sistemu. Pretekle študije, ki so predpostavljale krožno orbito, so namreč podcenile maso črne luknje in precenile maso nevtronske zvezde.
Po mnenju raziskovalcev eliptična orbita kaže na to, da takšni sistemi lahko nastanejo v zelo dinamičnih okoljih, kjer številne zvezde močno gravitacijsko vplivajo druga na drugo. Gonzalo Morras z Univerze v Madridu in Inštituta Maxa Plancka je izpostavil, da „to predstavlja prepričljiv dokaz, da vsi pari nevtronskih zvezd in črnih lukenj nimajo istega izvora“.
Takšna odkritja pomagajo razložiti tudi vse večjo raznolikost, ki jo astronomi opažajo pri združitvah kompaktnih binarnih sistemov. Raziskovalci poudarjajo, da bodo prihodnja opazovanja gravitacijskih valov verjetno razkrila še več nenavadnih kozmičnih sistemov, kar bo dodatno razširilo razumevanje razvoja zvezd in galaksij.
