Событие GW200208 222617, зарегистрированное гравитационными обсерваториями Земли несколько лет назад, стало первым относительно уверенным кандидатом в слияние черных дыр с вытянутыми орбитами. Астрономы выяснили, на что этот признак указывает: слияние, с высокой вероятностью, произошло в довольно плотном скоплении. Ранее скопления с большим числом черных дыр предложили на роль темной материи.
С 2015 года обсерватории LIGO-Virgo научились фиксировать слияния черных дыр. Они делали это за счет измерения времени прохождения лазерного импульса через очень длинные туннели: когда гравитационная волна от далекого события искажает пространство-время, пучок света в искаженной области меняет свои параметры при прохождении из точки А в точку Б.
Метод совершил революцию в наблюдениях, поскольку найти небольшие черные дыры иными способами чрезвычайно трудно. Но фиксация гравиволн сама по себе несет не слишком много информации о тех черных дырах или нейтронных звездах, что испустили их при слиянии.
Даже расстояние до них определяется с огромным допуском. Скажем, пара ЧД, слившихся в событии GW200208 22261, дали тело с общей массой около 20 солнечных, но одни оценки удаления до него дают восемь миллиардов световых лет, а другие — 13 миллиардов.
Теперь астрофизики из Кардиффского университета (Великобритания) попробовали оценить среду, в которой формировались черные дыры — предшественники этого события. Статью об этом опубликовали в журнале Physical Review D.
Ученым удалось показать, что с высокой вероятностью орбиты обеих ЧД вокруг общего для них центра тяжести были вытянутыми, то есть их форма существенно отличалась от идеальных круговых. Это редкое явление среди известных слияний черных дыр: большинство волн от них не несут следов существенно вытянутых орбит.
Круговые орбиты для массивных объектов возможны, если оба тела вращаются вокруг общего центра тяжести подолгу, постепенно «округляя» орбиты друг друга. Вытянутые траектории могут быть, если черные дыры столкнулись случайно (не вращались вокруг общего центра тяжести), но это крайне маловероятный исход с учетом их небольшого размера.
Поэтому самый вероятный вариант с вытянутыми орбитами — влияние третьего тела или даже группы тел. В таком случае ЧД перед столкновением вращались друг вокруг друга, но третья черная дыра (или звезда, или что-то еще) не давала им «округлить» орбиты, возмущая своим тяготением. Однако близость третьего тела встречается далеко не во всех регионах космоса: большинство частей стандартной галактики не имеют нужной плотности расположения объектов.
Авторы научной работы протестировали несколько сценариев среды, в которой могло произойти событие GW200208 22261. Они отвергли вариант, при котором оно случилось в активном ядре галактик. То есть центральные, плотные части галактик почти наверняка не были источником этого сигнала.
Более вероятен случай, когда ЧД слились в тройной системе (такие могут возникать из тройных звездных систем) или же в пределах плотного шарового скопления. Исследователи посчитали последний вариант — звездное шаровое скопление — наиболее вероятным. Как ранее писал Naked Science, представители других научных группы полагают, что подобные слияния происходят в темных шаровых скоплениях, состоящих в основном из черных дыр, а не обычных звезд.