Vědci rozluštili záhadu nejhmotnějšího sloučení černých děr, jaké kdy bylo objeveno, a odhalili, jak se vytvořily dvě „nemožné“ černé díry navzdory dlouholetým předpokladům, že hvězdy takové velikosti by neměly existovat. Kolize, označená GW231123, zahrnovala dvě černé díry o hmotnosti přibližně 100 a 130 hmotností Slunce – spadající do toho, co bylo dříve považováno za “masovou mezeru”, kde by černé díry neměly existovat.
Problém nemožných černých děr
Po celá desetiletí astronomové věřili, že hvězdy dostatečně velké na to, aby vytvořily černé díry této velikosti, explodují v supernovách a nezanechají za sebou žádný zbytek, který by se mohl zhroutit do černé díry. Objev GW231123 toto chápání zpochybnil, protože zahrnoval dva takové „zakázané“ objekty rotující extrémní rychlostí. To vyvolalo otázku: jak by se tyto černé díry mohly vytvořit, kdyby neměly existovat?
Role rychlé rotace a magnetismu
Průlom nastal díky podrobným simulacím, které braly v úvahu rychle rotující, vysoce magnetizované hvězdy. Vědci zjistili, že když se tyto hvězdy zhroutí, silná magnetická pole uvnitř jádra vytvoří silný výron, který vyvrhne většinu hvězdného materiálu dříve, než bude mít šanci spadnout do tvořící se černé díry. Tento proces redukuje konečnou hmotu a tlačí ji do dříve nepřístupné hmotové mezery.
“Ukázali jsme, že pokud se hvězda rychle otáčí, vytvoří se kolem nově vytvořené černé díry akreční disk. Silná magnetická pole generovaná v tomto disku mohou způsobit silné výrony, které vyvrhnou nějaký hvězdný materiál a zabrání jeho pádu do černé díry.” — Ore Gottlieb, Centrum pro výpočetní astrofyziku.
Simulace také vztahovala konečnou hmotnost a rotaci černé díry k síle jejího magnetického pole. Silnější pole vyvrhují více materiálu, což má za následek méně masivní, pomalu rotující relikvie. Slabší pole umožňují zachycení větší hmoty, čímž vznikají těžší, rychleji se otáčející černé díry. Vlastnosti odvozené z GW231123 tomuto modelu dokonale vyhovují, což naznačuje, že jedna černá díra vznikla ve hvězdě s mírným magnetismem, zatímco druhá pocházela ze slabšího pole.
Důsledky pro gravitaci a kosmickou historii
Tento objev má hluboké důsledky. Extrémní události, jako je GW231123, posouvají Einsteinovu teorii relativity na její limity a poskytují testovací půdu pro teorii v nejextrémnějších gravitačních prostředích. Schopnost pozorovat taková sloučení prostřednictvím gravitačních vln – vlnění v časoprostoru – otevírá jedinečné okno do vesmíru, kam nemůže uniknout ani světlo.
Nové objevy navíc naznačují, že černé díry se mohou tvořit efektivněji, než se dříve myslelo. Pokud byl tento mechanismus v raném vesmíru běžný, mohlo by to vysvětlit, jak první generace hvězd a černých děr zasadila supermasivní černé díry, které se dnes nacházejí v centrech galaxií.
Co bude dál?
Práce týmu předpovídá, že budoucí detekce gravitačních vln odhalí jasnou korelaci mezi hmotností černé díry a rotací. Jakmile budou objeveny masivnější binární černé díry, vědci budou testovat, zda tento vztah platí ve větší populaci. Pokud by se to potvrdilo, mohlo by to potvrdit cestu nové formace a odhalit skrytou populaci masivních, rychle rotujících černých děr. Kolize GW231123 může být jen prvním příznakem nové éry ve výzkumu černých děr.
