Niedawne obserwacje połączenia czarnej dziury i gwiazdy neutronowej zrewolucjonizowały zrozumienie sposobu, w jaki zachodzą te ekstremalne kosmiczne zdarzenia. Naukowcy analizujący fale grawitacyjne powstałe podczas zdarzenia, oznaczonego jako GW200105, odkryli, że przed zderzeniem dwie pozostałości gwiazd zbliżyły się do siebie po orbie owalnej, a nie kołowej ** – odkrycie to podważa istniejące modele powstawania i ewolucji układów podwójnych.
Odkrycie i jego konsekwencje
Połączenie, wykryte przez obserwatoria LIGO i Virgo w odległości około 910 milionów lat świetlnych, spowodowało powstanie nowej czarnej dziury o masie około 13 mas naszego Słońca. Naukowcy z Uniwersytetu w Birmingham opracowali nowy model fal grawitacyjnych umożliwiający rekonstrukcję orbit zderzających się obiektów. Analiza ta wykazała znaczny brak precesji – oscylacji – w chwilach bezpośrednio przed połączeniem, co wskazuje na ekscentryczną, eliptyczną orbitę.
To pierwszy raz, kiedy zmierzono taką charakterystykę orbity w mieszanym układzie gwiazd neutronowych i czarnej dziury. Konsekwencje są ogromne: poprzednie szacunki mas obiektów macierzystych były prawdopodobnie niedokładne, ponieważ wcześniejsze analizy zakładały mniejszą czarną dziurę (około 9 mas Słońca) i mniej masywną gwiazdę neutronową (około 2 masy Słońca).
Wpływ trzeciego ciała?
Orbita eliptyczna sugeruje, że układ podwójny nie powstał w izolacji. Zamiast tego prawdopodobnie doświadczył interakcji grawitacyjnych z innymi gwiazdami lub trzecim towarzyszem. Zdaniem Patricii Schmidt, członkini zespołu z Uniwersytetu w Birmingham, „Orbita zdradza samą siebie… Jej eliptyczny kształt pokazuje, że układ ten nie ewoluował spokojnie, ale prawie na pewno został ukształtowany przez oddziaływania grawitacyjne”.
Dlaczego to ma znaczenie
Odkrycia te podkreślają złożone i chaotyczne środowiska, w których powstają czarne dziury i gwiazdy neutronowe. Wcześniej zakładano, że takie układy charakteryzują się orbitami kołowymi, co doprowadziło do niedoszacowania mas czarnych dziur. Odkrycie orbit ekscentrycznych sugeruje ich wspólne pochodzenie w gęstych gromadach gwiazd, w których często zachodzą interakcje grawitacyjne. Jak zauważa Gonzalo Morras z Universidad Autónoma de Madrid, jest to „mocny dowód na to, że nie wszystkie pary gwiazda neutronowa-czarna dziura mają to samo pochodzenie”.
Obserwacja podkreśla ograniczenia obecnych modeli teoretycznych i wskazuje na potrzebę ulepszonych symulacji, które uwzględniają interakcje wielu ciał w ekstremalnych warunkach astrofizycznych. Udoskonali to naszą wiedzę na temat wpływu tych potężnych połączeń na ewolucję galaktyk i rozmieszczenie ciężkich pierwiastków we Wszechświecie.
