Астрофизики уточнили модель слияния черных дыр в тройных системах: найдена доля эксцентричных событий для LIGO
Международная группа астрофизиков представила новую модель, предсказывающую долю гравитационно-волновых событий от слияния черных дыр в тройных звездных системах. Работа опубликована в репозитории arXiv и основана на анализе хаотической эволюции трех тел.
В тройных системах гравитационное взаимодействие может приводить к сильным хаотическим фазам, после которых одно тело отделяется, а два оставшихся образуют двойную систему. Именно такие двойные системы могут стать источниками гравитационных волн (ГВ). Однако не все они сливаются одинаково: часть слияний происходит по высокоэксцентричным орбитам, что влияет на сигнал, регистрируемый детекторами.
В новой работе ученые пересмотрели распределение исходов после хаотических фаз, используя равновесную статистическую механику. Они сократили число свободных параметров с двух до одного и проверили модель на N-телесных симуляциях. Модель хорошо совпадает с расчетами, за исключением систем с очень низким угловым моментом.
На основе полученных распределений авторы разработали алгоритм Монте-Карло для моделирования многократных рассеяний двойных звезд в плотных звездных скоплениях. Были рассмотрены скопления с массами от 105 до 107 масс Солнца. Цель — оценить количество «наблюдаемо эксцентричных слияний» (OEM), которые могут быть зафиксированы современными интерферометрами.
Результаты показали, что среди всех слияний, произошедших по эллиптическим орбитам, доля OEM составляет от 32% до 63%. При этом общая масса скопления сильно влияет на долю выброшенных двойных систем. Суммарная доля OEM среди всех слияний оценивается в 2,6–4,4% при чувствительности детекторов 10 Гц и пороге эксцентриситета 0,1.
С учетом реальной чувствительности LIGO и Virgo (порог около 34,4 Гц) доля OEM снижается до 1,6–3,1%. Тем не менее, даже такие проценты означают, что в наблюдаемых данных могут присутствовать десятки событий с характерным сигналом, отличающимся от круговых слияний.
Работа важна для интерпретации будущих наблюдений гравитационно-волновых обсерваторий и уточнения моделей эволюции черных дыр в звёздных скоплениях.
