Sammanslagningar mellan svarta hål och neutronstjärnor i täta stjärnhopar är helt olik de som bildas i isolerade områden där det är få stjärnor. Deras associerade egenskaper kan vara avgörande för studiet av gravitationsvågor och deras källa. Dr Manuel Arca Sedda från Institutet för astronomisk beräkning vid Heidelbergs universitet kom till denna slutsats i en studie som använde datorsimuleringar. Forskningen kan ge kritiska insikter om sammansmältningen av två massiva stjärnobjekt som astronomer observerade 2019. Fynden publicerades i tidskriften Kommunikationsfysik .

Stjärnor som är mycket mer massiva än vår sol slutar vanligtvis sina liv som en neutronstjärna eller ett svart hål. Neutronstjärnor sänder ut regelbundna pulser av strålning som gör att de kan detekteras. I augusti 2017, till exempel, när den första dubbelneutronstjärnans sammanslagning observerades, forskare över hela världen upptäckte ljus från explosionen med sina teleskop. Svarta hål, å andra sidan, förblir vanligtvis dold eftersom deras gravitationsattraktion är så stark att inte ens ljus kan fly, gör dem osynliga för elektromagnetiska detektorer.

Om två svarta hål smälter samman, händelsen kan vara osynlig men är ändå detekterbar från krusningar i rum-tid i form av så kallade gravitationsvågor. Vissa detektorer, som "Laser Interferometer Gravitational Waves Observatory" (LIGO) i USA, kan upptäcka dessa vågor. Den första framgångsrika direkta observationen gjordes 2015. Signalen genererades genom sammansmältning av två svarta hål. Men denna händelse kanske inte är den enda källan till gravitationsvågor, som också kan komma från sammanslagning av två neutronstjärnor eller ett svart hål med en neutronstjärna. Att upptäcka skillnaderna är en av de stora utmaningarna med att observera dessa händelser, enligt Dr Arca Sedda.

I sin studie, Heidelbergforskaren analyserade sammansmältningen av par av svarta hål och neutronstjärnor. Han använde detaljerade datorsimuleringar för att studera växelverkan mellan ett system som består av en stjärna och ett kompakt objekt, som ett svart hål, och ett tredje massivt roamingobjekt som krävs för en fusion. Resultaten indikerar att sådana trekroppsinteraktioner faktiskt kan bidra till sammanslagningar av svarta hål-neutronstjärnor i täta stjärnområden som klotformade stjärnhopar. "En speciell familj av dynamiska sammanslagningar som skiljer sig tydligt från sammanslagningar i isolerade områden kan definieras, " förklarar Manuel Arca Sedda.

Sammanslagningen av ett svart hål med en neutronstjärna observerades för första gången av gravitationsvågsobservatorier i augusti 2019. Ändå kunde optiska observatorier runt om i världen inte lokalisera en elektromagnetisk motsvarighet i den region från vilken gravitationsvågssignalen härrörde, vilket tyder på att det svarta hålet helt hade slukt neutronstjärnan utan att först förstöra den. Om det bekräftas, detta kan vara den första observerade sammanslagning av svarta hål-neutronstjärnor som upptäckts i en tät stjärnmiljö, som beskrivs av Dr. Arca Sedda.