Всесвіт — це не лише німа порожнеча, а гігантське полотно, на якому найпотужніші події залишають свої шрами. У січні 2020 року чутливі сенсори наземних обсерваторій зафіксували ледь помітне тремтіння простору-часу. Це були гравітаційні хвилі, передбачені Альбертом Ейнштейном ще століття тому. Проте цього разу вони принесли звістку про подію, яка не вписується в жодні стандартні моделі.
У центрі уваги астрономів опинилося зіткнення двох найекстремальніших об’єктів у космосі: чорної діри та нейтронної зорі. Цей акт космічного канібалізму відбувся на відстані близько мільярда світлових років від Землі, проте його наслідки змусили наукову спільноту переглянути базові принципи формування зоряних систем. Сигнал, зафіксований установкою LIGO (Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія), отримав маркування GW200105. Він став незаперечним доказом того, що чорна діра поглинула надщільне ядро зорі, що колапсує, утворивши нового гіганта, маса якого у 13 разів перевищує сонячну.
Аномальна орбіта
Найбільшою несподіванкою для дослідників стала не сама подія злиття, а те, що передувало фінальному акорду. Згідно з класичними теоріями, коли два масивні об’єкти зближуються протягом мільйонів років, їхня взаємна орбіта під дією гравітаційного випромінювання має поступово «округлятися». До моменту безпосереднього зіткнення траєкторія повинна бути практично ідеальним колом.
Проте аналіз GW200105 показав зовсім іншу картину. Перед тим, як зникнути в пащі чорної діри, нейтронна зоря рухалася сильно витягнутою, еліптичною траєкторією. Цей рух нагадував химерні візерунки дитячої іграшки-спірографа. Як зазначила Патриція Шмідт, доцентка Бірмінгемського університету, факт збереження такої ексцентричної орбіти на останніх стадіях існування системи є справжнім «димовим пістолетом» — доказом того, що стандартна теорія еволюції світил тут не спрацювала.
Це відкриття з імовірністю 99 % спростовує припущення про кругову орбіту для цієї конкретної пари. Це означає, що ми зіткнулися з об’єктами, історія життя яких була набагато бурхливішою, ніж передбачають підручники.
Прогалина в канонічній теорії
Щоб зрозуміти масштаби наукової проблеми, варто згадати, як, на думку вчених, зазвичай виникають такі пари. Традиційний сценарій — так звана ізольована бінарна еволюція. Це історія двох масивних світил-сусідів, які разом народжуються, разом старіють, по черзі вибухають як наднові та перетворюються на чорну діру та нейтронну зорю. Протягом мільярдів років вони «притираються» один до одного, втрачаючи енергію та вирівнюючи свою орбіту до ідеального кола.
Однак еліптична форма орбіти GW200105 свідчить про те, що ця система не розвивалася в тиші та самотності. «Орбіта видає секрет», — стверджує Джерайнт Праттен із Бірмінгемського університету.
Наявність ексцентриситету безпосередньо перед злиттям вказує на «динамічне» походження. Ймовірно, ці двоє зустрілися в густонаселеному «зоряному мегаполісі» — наприклад, у центрі галактики або всередині кулястого зоряного скупчення. Там гравітаційне втручання третіх світил або навіть вплив сусідньої масивної чорної діри могли «штовхнути» їх на таку дивну траєкторію, змусивши зіткнутися набагато швидше, ніж це сталося б природним шляхом.
Ексцентриситет проти прецесії
У своєму новому дослідженні, опублікованому в The Astrophysical Journal Letters, вчені вперше застосували комплексний підхід, одночасно проаналізувавши два ключові параметри: ексцентриситет (ступінь витягнутості орбіти) та прецесію (коливання осі обертання об’єктів). Це дозволило відсіяти зайві гіпотези.
Як з’ясувалося, незважаючи на дивну яйцеподібну орбіту, об’єкти майже не проявляли прецесії. Це означає, що їхнє зближення не було викликане простою зміною орієнтації осей. Траєкторія була задана зовнішніми силами задовго до катастрофи. Кожен такий нюанс у сигналі гравітаційної хвилі — це як відбиток пальця на місці злочину, що дозволяє астрофізикам відтворити події мільярдолітньої давнини.
Нова ера космічного спостереження
Випадок GW200105 — це лише перша ластівка, яка вказує на існування цілого класу «неправильних» космічних систем. Виявлення таких аномалій ставить перед наукою нове завдання: розробити складніші моделі, які враховували б хаотичні взаємодії у щільних зоряних скупченнях.
Сьогоднішні детектори, такі як LIGO та Virgo, працюють на межі своїх можливостей, виловлюючи найгучніші події у Всесвіті. Проте майбутнє обіцяє ще більше відкриттів. На черзі — запуск космічної антени LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Цей прилад, вільний від земних шумів та вібрацій, зможе «чути» набагато слабші та довші гравітаційні хвилі.
Завдяки таким інструментам людство отримає можливість зазирнути у найтемніші куточки космосу, де чорні діри та нейтронні зорі ведуть свій непередбачуваний танець. «Ми відкриваємо абсолютно нове вікно у Всесвіт», — підсумовує Патрісія Шмідт. Те, що раніше здавалося поодинокою помилкою у розрахунках, може виявитися новим правилом, яке докорінно змінить наше розуміння життя і смерті світил.
Раніше ми повідомляли про те, як вчені вирахували дату смерті Всесвіту.
За матеріалами space.com
