Учёные разгадали тайну самого массивного слияния чёрных дыр, когда-либо обнаруженного, раскрыв, как образовались две «невозможные» чёрные дыры, несмотря на давние предположения о том, что звёзд такого размера не должно существовать. Столкновение, обозначенное как GW231123, включало в себя две чёрные дыры массой примерно в 100 и 130 солнечных масс — попадающие в ранее считавшийся «массовый пробел», где чёрные дыры не должны существовать.
Проблема Невозможных Чёрных Дыр
На протяжении десятилетий астрономы верили, что звёзды, достаточно большие для образования чёрных дыр такой величины, взорвутся в сверхновых, не оставляя после себя остатка, способного коллапсировать в чёрную дыру. Открытие GW231123 поставило под сомнение это понимание, поскольку в нём фигурировали два таких «запрещённых» объекта, вращающихся с экстремальной скоростью. Это подняло вопрос: как могли образоваться эти чёрные дыры, если их не должно было быть?
Роль Быстрого Вращения и Магнетизма
Прорыв произошёл благодаря подробным симуляциям, учитывающим быстро вращающиеся, сильно намагниченные звёзды. Исследователи обнаружили, что по мере коллапса этих звёзд сильные магнитные поля внутри ядра создают мощные выбросы, выбрасывая большую часть звёздного материала, прежде чем он успеет упасть в формирующуюся чёрную дыру. Этот процесс уменьшает конечную массу, проталкивая её в ранее недоступный массовый пробел.
«Мы показали, что если звезда вращается быстро, вокруг новообразованной чёрной дыры формируется аккреционный диск. Сильные магнитные поля, генерируемые внутри этого диска, могут вызывать мощные выбросы, которые выбрасывают часть звёздного материала, предотвращая его падение в чёрную дыру». — Оре Готлиб, Центр вычислительной астрофизики.
Симуляция также связала конечную массу и вращение чёрной дыры с силой её магнитного поля. Более сильные поля выбрасывают больше материала, в результате чего получается менее массивная, медленно вращающаяся реликвия. Слабые поля позволяют удерживать больше массы, создавая более тяжёлые, быстро вращающиеся чёрные дыры. Свойства, выведенные из GW231123, идеально соответствуют этой модели, что позволяет предположить, что одна чёрная дыра образовалась в звезде с умеренным магнетизмом, в то время как другая произошла из более слабого поля.
Последствия для Гравитации и Космической Истории
Это открытие имеет глубокие последствия. Экстремальные события, такие как GW231123, подталкивают теорию относительности Эйнштейна к её пределам, предоставляя полигон для испытаний теории в самых экстремальных гравитационных средах. Возможность наблюдать такие слияния посредством гравитационных волн — ряби в пространстве-времени — открывает уникальное окно во Вселенную, где даже свет не может вырваться.
Более того, новые открытия позволяют предположить, что чёрные дыры могут образовываться более эффективно, чем считалось ранее. Если этот механизм был распространён в ранней Вселенной, он мог бы объяснить, как первое поколение звёзд и чёрных дыр засеяло сверхмассивные чёрные дыры, находящиеся в центрах галактик сегодня.
Что Дальше?
Работа команды предсказывает, что будущие обнаружения гравитационных волн раскроют чёткую корреляцию между массой и вращением чёрной дыры. По мере обнаружения всё большего количества массивных двойных чёрных дыр учёные проверят, сохраняется ли это соотношение в более крупной популяции. Если это подтвердится, это может подтвердить новый путь формирования и раскрыть скрытую популяцию массивных, быстро вращающихся чёрных дыр. Столкновение GW231123 может быть лишь первым признаком новой эры в исследовании чёрных дыр.
