Где-то в глубинах космоса произошло то, чего по существующим моделям происходить не должно. Чёрная дыра столкнулась с нейтронной звездой, и само по себе это событие не было бы чем-то из ряда вон выходящим — подобные слияния фиксировались и раньше. Проблема в другом: орбита этой двойной системы перед столкновением оказалась овальной. И этот, казалось бы, геометрический нюанс грозит перевернуть устоявшиеся представления о том, как вообще формируются и гибнут подобные монструозные космические пары.
Чтобы понять масштаб проблемы, стоит вспомнить, что происходит в типичных сценариях. Когда чёрная дыра и нейтронная звезда вращаются друг вокруг друга, они постепенно теряют энергию за счёт излучения гравитационных волн. За миллионы и миллиарды лет их орбиты «округляются» — приливные силы и потеря энергии стачивают любую эллиптичность, превращая траекторию в почти идеальный круг. К моменту, когда объекты наконец сближаются для финального слияния, орбита должна быть практически круговой. Так гласит теория. Так работали все предыдущие модели.
И вот появляется система, которая в эту картину не вписывается. Орбита перед столкновением была заметно вытянутой, овальной. Это не мелкое отклонение от прогноза — это прямое противоречие базовым предсказаниям. Если орбита не успела скруглиться, значит, либо система была очень молодой (что маловероятно при таких массах), либо что-то в процессе формирования пошло совсем не так, как предполагают астрофизики.
Вариантов объяснения несколько, и ни один пока не выглядит удовлетворительным. Может быть, система образовалась не в результате эволюции двойной звезды, а в плотном звёздном скоплении, где гравитационные взаимодействия с третьими телами могли «подбросить» эксцентриситет орбиты незадолго до слияния. Может быть, существует какой-то неизвестный механизм, который поддерживает эллиптичность вопреки гравитационному излучению. Каждая из этих гипотез тянет за собой цепочку следствий, которые ещё предстоит проверить.
Сам факт обнаружения такой аномалии стал возможен благодаря анализу гравитационных волн. Именно форма гравитационно-волнового сигнала позволяет восстановить параметры орбиты в последние секунды перед слиянием. Круговая орбита даёт один характерный «рисунок» сигнала, эллиптическая — другой. Разница тонкая, но современные детекторы способны её уловить.
Что особенно беспокоит исследователей — это не единичный аномальный случай как таковой, а то, что он обнажает. Если наши модели формирования двойных систем из чёрных дыр и нейтронных звёзд не предсказывают таких орбит, значит, в этих моделях есть серьёзный пробел. Возможно, мы неправильно понимаем начальные условия рождения таких пар. Возможно, недооцениваем роль окружающей среды — соседних звёзд, газовых облаков, динамики скоплений.
Столкновения чёрных дыр с нейтронными звёздами вообще относятся к наименее изученному типу компактных слияний. Слияния двух чёрных дыр регистрируются чаще, слияния двух нейтронных звёзд дали знаменитое событие 2017 года с его электромагнитным послесвечением. А вот «смешанные» пары — штука более редкая, и статистики по ним критически мало. Каждое новое наблюдение способно радикально изменить картину.
Овальная орбита в данном случае — это не просто курьёз. Это сигнал о том, что целый класс космических катастроф может происходить способами, которые мы пока не умеем объяснять. И пока астрофизики будут разбираться с этим конкретным случаем, нельзя исключать, что следующие наблюдательные сезоны гравитационно-волновых детекторов преподнесут ещё не одну подобную головоломку.
Изображение носит иллюстративный характер
Чтобы понять масштаб проблемы, стоит вспомнить, что происходит в типичных сценариях. Когда чёрная дыра и нейтронная звезда вращаются друг вокруг друга, они постепенно теряют энергию за счёт излучения гравитационных волн. За миллионы и миллиарды лет их орбиты «округляются» — приливные силы и потеря энергии стачивают любую эллиптичность, превращая траекторию в почти идеальный круг. К моменту, когда объекты наконец сближаются для финального слияния, орбита должна быть практически круговой. Так гласит теория. Так работали все предыдущие модели.
И вот появляется система, которая в эту картину не вписывается. Орбита перед столкновением была заметно вытянутой, овальной. Это не мелкое отклонение от прогноза — это прямое противоречие базовым предсказаниям. Если орбита не успела скруглиться, значит, либо система была очень молодой (что маловероятно при таких массах), либо что-то в процессе формирования пошло совсем не так, как предполагают астрофизики.
Вариантов объяснения несколько, и ни один пока не выглядит удовлетворительным. Может быть, система образовалась не в результате эволюции двойной звезды, а в плотном звёздном скоплении, где гравитационные взаимодействия с третьими телами могли «подбросить» эксцентриситет орбиты незадолго до слияния. Может быть, существует какой-то неизвестный механизм, который поддерживает эллиптичность вопреки гравитационному излучению. Каждая из этих гипотез тянет за собой цепочку следствий, которые ещё предстоит проверить.
Сам факт обнаружения такой аномалии стал возможен благодаря анализу гравитационных волн. Именно форма гравитационно-волнового сигнала позволяет восстановить параметры орбиты в последние секунды перед слиянием. Круговая орбита даёт один характерный «рисунок» сигнала, эллиптическая — другой. Разница тонкая, но современные детекторы способны её уловить.
Что особенно беспокоит исследователей — это не единичный аномальный случай как таковой, а то, что он обнажает. Если наши модели формирования двойных систем из чёрных дыр и нейтронных звёзд не предсказывают таких орбит, значит, в этих моделях есть серьёзный пробел. Возможно, мы неправильно понимаем начальные условия рождения таких пар. Возможно, недооцениваем роль окружающей среды — соседних звёзд, газовых облаков, динамики скоплений.
Столкновения чёрных дыр с нейтронными звёздами вообще относятся к наименее изученному типу компактных слияний. Слияния двух чёрных дыр регистрируются чаще, слияния двух нейтронных звёзд дали знаменитое событие 2017 года с его электромагнитным послесвечением. А вот «смешанные» пары — штука более редкая, и статистики по ним критически мало. Каждое новое наблюдение способно радикально изменить картину.
Овальная орбита в данном случае — это не просто курьёз. Это сигнал о том, что целый класс космических катастроф может происходить способами, которые мы пока не умеем объяснять. И пока астрофизики будут разбираться с этим конкретным случаем, нельзя исключать, что следующие наблюдательные сезоны гравитационно-волновых детекторов преподнесут ещё не одну подобную головоломку.
