Колись астрономи зафіксували грандіозну подію – злиття двох надмасивних чорних дір, що сталося приблизно за 7 млрд світлових років від Землі. Ці об’єкти мали настільки величезну масу та швидке обертання, що, за всіма сучасними уявленнями, просто не повинні були існувати. Але зараз команда вчених з’ясувала, як могли утворитися ці аномальні чорні діри та чому вони злилися. Ключ до розгадки лежить у магнітних полях, які раніше ніхто не враховував.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
“Ніхто не розглядав ці системи так, як ми. Раніше астрономи просто йшли на компроміс і не брали до уваги магнітні поля, – каже провідний автор дослідження, астрофізик Оре Готліб. – Але якщо врахувати магнітні поля, можна пояснити походження цього унікального явища”.
Злиття, що отримало позначення GW231123, було зафіксовано міжнародною колаборацією LIGO–Virgo–KAGRA за допомогою детекторів гравітаційних хвиль. Проблема полягала в тому, що чорні діри таких розмірів і з такими швидкими обертаннями не вписувалися у відомі сценарії їх формування. Коли надмасивна зоря завершує своє життя, вона зазвичай вибухає як наднова, залишаючи після себе чорну діру. Проте, якщо зоря потрапляє у певний діапазон маси, відбувається особлива подія. Вчені називають це надновою, що вибухає внаслідок нестабільності народження електрон-позитронних пар, і цей вибух настільки потужний, що зірка повністю зникає, не залишаючи нічого.
“В результаті цих наднових ми не очікуємо утворення чорних дір з масою приблизно від 70 до 140 разів більшою за масу Сонця, – каже Оре Готліб. – Тому було дивно бачити чорні діри з масами в межах цього діапазону”.
Раніше вчені припускали, що чорні діри такої маси можуть виникати, коли дві менші діри зливаються в одну. Але в разі GW231123 цей варіант здавався малоймовірним: під час такого злиття зазвичай втрачається стабільність обертання, тоді як обидві зафіксовані діри оберталися з рекордною швидкістю, майже зі швидкістю світла.
Щоб з’ясувати причину, дослідники провели два етапи складного комп’ютерного моделювання. Спершу вони відтворили еволюцію зорі масою близько 250 сонячних, від початку її життя до вибуху наднової. До моменту колапсу зоря вже “схудла” до 150 сонячних мас, тобто була трохи вище того діапазону, що дозволяв їй залишити після себе чорну діру.
Другий набір, який уперше враховував вплив магнітних полів, показав зовсім іншу картину після вибуху наднової. Раніше вважалося, що весь залишковий зоряний матеріал просто поглинається чорною дірою, роблячи її масу рівною початковій масі зорі. Але нові розрахунки довели, що це не так. Коли зоря швидко обертається, навколо новонародженої чорної діри формується диск з решток матерії. За наявності сильних магнітних полів цей диск утворює тиск, який викидає частину матеріалу назовні зі швидкістю, близькою до світлової. У результаті частина маси не потрапляє в чорну діру, а її кінцева маса виявляється суттєво меншою.
“Ми виявили, що наявність обертання і магнітних полів може фундаментально змінити еволюцію зірки після колапсу, роблячи масу чорної діри потенційно значно меншою, ніж загальна маса колапсуючої зірки”, – каже Готліб. Результати свідчать, що між масою чорної діри та швидкістю її обертання може існувати тісний зв’язок: сильні магнітні поля зменшують масу та сповільнюють обертання, а слабші сприяють формуванню масивніших і швидших чорних дір.
Хоча наразі не існує інших відомих систем, де можна перевірити це за допомогою спостережень, вчені сподіваються, що майбутні відкриття допоможуть підтвердити цей зв’язок. Моделювання також показало, що під час утворення таких об’єктів можуть виникати потужні спалахи гамма-променів. Їхнє виявлення дозволить підтвердити механізм і з’ясувати, наскільки часто такі чорні діри зустрічаються у Всесвіті. Якщо цей зв’язок буде доведено, він дасть астрономам глибше розуміння фізики чорних дір і процесів, що керують їхнім народженням.
Читайте також:
- Зафіксовано найпотужніший спалах чорної діри за всю історію спостережень
- У карликовій галактиці Segue 1 виявлено гігантську чорну діру