Các nhà khoa học đã phát hiện bằng chứng thuyết phục đầu tiên cho thấy một lỗ đen và một sao neutron va chạm với nhau nhưng quay quanh nhau theo một quỹ đạo hình bầu dục thay vì một quỹ đạo tròn hoàn hảo ngay trước khi hợp nhất. Khám phá này thách thức những giả định lâu nay về cách mà các cặp thiên thể như vậy hình thành và tiến hóa.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Birmingham, Đại học Tự trị Madrid và Việt Vật lý Hấp dẫn Max Planck đã công bố kết quả của họ hôm11 tháng 3 trên The Astrophysical Journal Letters.
Hầu hết các cặp sao neutron - lỗ đen được cho là sẽ có quỹ đạo (gần) tròn từ rất lâu trước khi hợp nhất. Nhưng phân tích sự kiện sóng hấp dẫn GW200105 cho thấy hệ này di chuyển theo một quỹ đạo hình bầu dục từ trước khi hợp nhất để tạo thành một lỗ đen có khối lượng gấp 13 lần Mặt Trời. Một quỹ đạo hình bầu dục như vậy chưa từng được quan sát trước đây trong loại va chạm này.
Tiến sĩ Patricia Schmidt từ Đại học Birmingham cho biết: “Khám phá này mang lại cho chúng ta những manh mối mới rất quan trọng về cách các thiên thể cực đoan này kết hợp với nhau. Nó cho thấy các mô hình lý thuyết của chúng ta vẫn chưa hoàn chỉnh và đặt ra những câu hỏi mới về những nơi trong vũ trụ mà các hệ như vậy được hình thành.”
Các nhà nghiên cứu đã phân tích dữ liệu từ các máy dò LIGO và Virgo bằng cách sử dụng một mô hình sóng hấp dẫn mới được phát triển tại Viện Thiên văn học Sóng hấp dẫn của Đại học Birmingham. Điều này cho phép họ đo được cả mức độ “bầu dục” của quỹ đạo (độ lệch tâm) lẫn sự dao động do tuế sai gây ra. Đây là lần đầu tiên hai hiệu ứng này được đo cùng nhau trong một sự kiện sao neutron - lỗ đen.
Geraint Pratten, một nghiên cứu sinh tại Đại học Hoàng gia thuộc Đại học Birmingham, cho biết: “Quỹ đạo đã tiết lộ bản chất của hệ này. Hình dạng elip của nó ngay trước khi hợp nhất cho thấy hệ này không tiến hóa một cách yên tĩnh trong trạng thái cô lập mà gần như chắc chắn đã bị định hình bởi các tương tác hấp dẫn với các ngôi sao khác, hoặc có thể với một thiên thể thứ ba.”
Một phân tích Bayes so sánh hàng nghìn dự đoán lý thuyết với dữ liệu thực tế cho thấy khả năng quỹ đạo tròn là cực kỳ thấp, loại bỏ khả năng đó với mức độ tin cậy 99,5%.
Các phân tích trước đây về GW200105, vốn giả định quỹ đạo tròn, đã đánh giá thấp khối lượng của lỗ đen và đánh giá quá cao khối lượng của sao neutron. Nghiên cứu mới đã điều chỉnh lại các giá trị này và không tìm thấy bằng chứng thuyết phục về tuế sai, cho thấy độ lệch tâm của quỹ đạo có nguồn gốc từ quá trình hình thành của hệ thay vì do sự quay của các thiên thể.
Gonzalo Morras từ Đại học Tự trị Madrid và Việt Vật lý Hấp dẫn Max Planck cho biết: “Đây là bằng chứng thuyết phục rằng không phải tất cả các cặp sao neutron - lỗ đen đều có cùng nguồn gốc. Quỹ đạo lệch tâm gợi ý rằng chúng được sinh ra trong một môi trường nơi nhiều ngôi sao tương tác hấp dẫn với nhau.”
Khám phá này thách thức quan điểm phổ biến cho rằng tất cả các vụ hợp nhất sao neutron - lỗ đen đều xuất phát từ một kênh hình thành chủ đạo duy nhất, đồng thời nhấn mạnh nhu cầu về các mô hình dạng sóng tiên tiến hơn có khả năng mô tả đầy đủ sự phức tạp của các hệ này.
Nghiên cứu này giúp giải thích sự đa dạng ngày càng tăng được quan sát trong các vụ hợp nhất của các hệ hai thiên thể nén và mở ra khả năng nhận diện những con đường hình thành còn kỳ lạ hơn khi số lượng các phát hiện sóng hấp dẫn tiếp tục gia tăng.
Bryan
Theo Phys.org
