블랙홀과 중성자별이 이상한 타원형 궤도에서 방금 충돌했습니다.

이 연구는 버밍엄 대학교, 마드리드 자치대학교, 막스 플랑크 중력 물리학 연구소의 과학자들이 수행했습니다. 그들의 연구 결과는 3월 11일에 발표되었습니다. 천체 물리학 저널 편지.

블랙홀-중성자별 합병에서 특이한 타원형 궤도 발견

천문학자들은 일반적으로 중성자별과 블랙홀 쌍이 합쳐지기 훨씬 전에 원형 궤도에 안착할 것으로 예상합니다. 그러나 중력파 이벤트 GW200105에 대한 새로운 분석에 따르면 이 시스템은 두 물체가 결합되기 직전에 여전히 타원형 경로를 따라 이동하고 있는 것으로 나타났습니다. 합병으로 인해 궁극적으로 태양 질량의 약 13배에 달하는 블랙홀이 생성되었습니다. 이러한 유형의 사건에서 이러한 타원형 궤도를 탐지한 사례는 이전에 보고된 적이 없습니다.

버밍엄 대학의 패트리샤 슈미트 박사는 다음과 같이 설명했습니다. “이 발견은 우리에게 이러한 극단적인 물체가 어떻게 결합되는지에 대한 중요한 새로운 단서를 제공합니다. 이는 우리의 이론적 모델이 불완전하다는 것을 말해주고 그러한 시스템이 우주 어디에서 탄생하는지에 대한 새로운 질문을 제기합니다.”

중력파 데이터로 궤도 모양이 드러남

이 사건을 조사하기 위해 팀은 버밍엄 대학교 중력파 천문학 연구소에서 개발된 새로운 모델을 사용하여 LIGO 및 Virgo 중력파 검출기의 데이터를 연구했습니다. 이 접근 방식을 통해 연구원들은 궤도가 얼마나 늘어났는지(이심률) 측정하고 시스템이 스핀 관련 워블링(세차)을 보이는지 여부를 확인할 수 있었습니다. 과학자들이 중성자별-블랙홀 사건에서 이 두 가지 효과를 함께 측정한 것은 이번이 처음입니다.

버밍엄 대학교 왕립학회 연구원인 Geraint Pratten은 “궤도는 게임을 가능하게 합니다. 합병 직전의 타원형 모양은 이 시스템이 고립되어 조용하게 진화한 것이 아니라 다른 별 또는 아마도 제3의 동반성과의 중력 상호 작용에 의해 거의 확실하게 형성되었음을 보여줍니다.”라고 말했습니다.

새로운 분석은 이전 가정에 도전합니다

연구팀은 수천 개의 이론 모델을 실제 중력파 신호와 비교하는 베이지안 분석을 수행했습니다. 그들의 결과는 원형 궤도가 있을 가능성이 극히 낮아 99.5%의 신뢰도로 이를 배제한다는 것을 보여줍니다.

GW200105에 대한 이전 연구에서는 궤도가 원형이라고 가정했습니다. 그러한 가정 때문에 그들은 블랙홀의 질량을 과소평가하고 중성자별의 질량을 과대평가했습니다. 새로운 분석은 이러한 측정을 수정했으며 세차운동에 대한 강력한 증거를 찾지 못했습니다. 이는 타원 궤도가 스핀 효과에 의해 발생하기보다는 시스템 형성 중에 발생했을 가능성이 있음을 시사합니다.

마드리드 자치대학교(Universidad Autónoma de Madrid)와 막스 플랑크 중력 물리학 연구소(Max Planck Institute for Gravitational Physics)의 곤잘로 모라스(Gonzalo Morras)는 이렇게 말했습니다. “이것은 모든 중성자별-블랙홀 쌍이 동일한 기원을 공유하지 않는다는 설득력 있는 증거입니다. 이심 궤도는 많은 별들이 중력적으로 상호 작용하는 환경에서 탄생지를 암시합니다.”

우주 합병의 더 복잡한 그림

이번 발견은 모든 중성자별-블랙홀 합병이 하나의 지배적인 형성 경로를 통해 발생한다는 널리 알려진 생각에 이의를 제기합니다. 대신, 연구에서는 여러 가지 형성 시나리오가 존재할 수 있으며 일부는 중력 상호 작용이 흔한 혼잡한 항성 환경에 의해 형성될 수 있다고 제안합니다.

이 연구는 또한 중력파를 통해 관찰되는 점점 더 다양한 소형 쌍성 병합을 설명하는 데 도움이 됩니다. 탐지기가 계속해서 더 많은 사건을 식별함에 따라 천문학자들은 이러한 강력한 우주 충돌이 발생하는 새로운 경로를 밝히는 추가적인 특이한 시스템을 발견할 것으로 기대합니다.