科学家发现，在黑洞与中子星碰撞合并之前，这些极端的恒星残骸会以椭圆轨道而非圆形轨道相互环绕。这一发现表明，黑洞和中子星又以一种方式挑战了物理定律，并对关于这类混合双星系统形成与演化的假设提出了质疑。

一组科学家通过研究时空涟漪，即引力波，挑战了此前关于黑洞和中子星相互靠近时会形成圆形轨道的假设。他们研究的正是这种“混合合并”所产生的信号，该信号被称为GW200105，由激光干涉引力波天文台（LIGO）和维吉尼亚天文台（Virgo）的引力波探测器捕捉到。这次合并发生在距离地球约910百万光年的地方，最终形成了一个质量约为太阳13倍的子黑洞。

“这一发现为我们了解这些极端天体如何结合提供了至关重要的新线索，”英国伯明翰大学团队成员帕特里西娅·施密特在一份声明中表示，“它表明我们的理论模型尚不完善，并引发了关于这类系统在宇宙何处诞生的新问题。”

该团队发现的关键在于伯明翰大学引力波天文研究所开发的一种新的引力波模型，该模型使Schmidt及其同事能够确定原始天体的轨道。

这包括计算在合并产生引力波信号之前，黑洞和中子星之间的“摇摆”或“进动”情况。计算结果显示，在合并前并未出现进动。这是首次对黑洞与中子星混合合并系统中的此类特征进行测量，而黑洞和中子星都是恒星死亡后发生引力坍缩形成的恒星残骸。研究结果暗示该系统中可能存在一个未被观测到的第三天体。

“轨道揭示了真相。在合并前的椭圆形状表明，这个系统并非在孤立中安静演化，而很可能是受到其他恒星或第三个伴星的引力相互作用所塑造的。”Schmidt继续说道。

此前，当考虑此次合并事件中更远距离的前身天体处于圆轨道时，研究人员低估了黑洞的质量，认为约为9倍太阳质量，中子星的质量约为2倍太阳质量。

“这有力地证明了并非所有中子星—黑洞双星系统都具有相同的起源，”来自西班牙马德里自治大学的团队成员贡萨洛·莫拉斯说，“其偏心轨道表明，它们诞生于一个存在大量恒星相互引力作用的环境中。”

科学家的研究结果表明，黑洞与中子星合并可能有多种不同的发展路径，而不仅仅存在一条主导的形成途径。这或许能帮助解释为何天文学家越来越发现合并致密星体双星系统中的多样性。该团队的研究成果已于周三（3月11日）发表在《天体物理期刊快报》上。