Fusies tussen zwarte gaten en neutronensterren in dichte sterrenhopen zijn heel anders dan die in geïsoleerde gebieden waar er maar weinig sterren zijn. Hun bijbehorende kenmerken kunnen cruciaal zijn voor de studie van zwaartekrachtsgolven en hun bron. Dr. Manuel Arca Sedda van het Institute for Astronomical Computing aan de Universiteit van Heidelberg kwam tot deze conclusie in een onderzoek dat gebruikmaakte van computersimulaties. Het onderzoek kan kritische inzichten bieden in de fusie van twee massieve stellaire objecten die astronomen in 2019 hebben waargenomen. De bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Communicatie Fysica .

Sterren die veel massiever zijn dan onze zon, eindigen hun leven meestal als neutronenster of zwart gat. Neutronensterren zenden regelmatig stralingspulsen uit waarmee ze kunnen worden gedetecteerd. In augustus 2017, bijvoorbeeld, toen de eerste fusie van dubbele neutronensterren werd waargenomen, wetenschappers over de hele wereld hebben met hun telescopen het licht van de explosie gedetecteerd. Zwarte gaten, anderzijds, blijven meestal verborgen omdat hun aantrekkingskracht zo sterk is dat zelfs licht niet kan ontsnappen, waardoor ze onzichtbaar zijn voor elektromagnetische detectoren.

Als twee zwarte gaten samensmelten, de gebeurtenis kan onzichtbaar zijn, maar is niettemin detecteerbaar door rimpelingen in de ruimte-tijd in de vorm van zogenaamde zwaartekrachtsgolven. Bepaalde detectoren, zoals de "Laser Interferometer Gravitational Waves Observatory" (LIGO) in de VS, deze golven kunnen detecteren. De eerste succesvolle directe waarneming vond plaats in 2015. Het signaal werd gegenereerd door de fusie van twee zwarte gaten. Maar deze gebeurtenis is misschien niet de enige bron van zwaartekrachtsgolven, die ook zou kunnen komen door de fusie van twee neutronensterren of een zwart gat met een neutronenster. Het ontdekken van de verschillen is een van de grootste uitdagingen bij het observeren van deze gebeurtenissen, volgens Dr. Arca Sedda.

In zijn studeerkamer de Heidelberg-onderzoeker analyseerde de fusie van paren zwarte gaten en neutronensterren. Hij gebruikte gedetailleerde computersimulaties om de interacties tussen een systeem bestaande uit een ster en een compact object te bestuderen, zoals een zwart gat, en een derde enorm rondzwervend object dat nodig is voor een fusie. De resultaten geven aan dat dergelijke interacties tussen drie lichamen in feite kunnen bijdragen aan het samensmelten van zwarte gaten en neutronensterren in dichte stellaire gebieden zoals bolvormige sterclusters. "Er kan een speciale familie van dynamische fusies worden gedefinieerd die duidelijk verschilt van fusies in geïsoleerde gebieden, " legt Manuel Arca Sedda uit.

De fusie van een zwart gat met een neutronenster werd voor het eerst waargenomen door gravitatiegolfobservatoria in augustus 2019. Toch waren optische observatoria over de hele wereld niet in staat om een ​​elektromagnetische tegenhanger te lokaliseren in het gebied waar het gravitatiegolfsignaal vandaan kwam, wat suggereert dat het zwarte gat de neutronenster volledig had verslonden zonder deze eerst te vernietigen. Indien bevestigd, dit zou de eerste waargenomen samensmelting van een zwart gat en een neutronenster kunnen zijn die werd gedetecteerd in een dichte stellaire omgeving, zoals beschreven door Dr. Arca Sedda.