Вчені розгадали таємницю найбільшого злиття чорних дір, які коли-небудь виявляли, виявивши, як утворилися дві «неможливі» чорні діри, незважаючи на давні припущення, що зірок такого розміру не повинно існувати. У зіткненні, позначеному як GW231123, брали участь дві чорні діри з масами приблизно 100 і 130 мас Сонця, які потрапили в те, що раніше вважалося «розривом мас», де чорні діри не повинні існувати.
Проблема неможливих чорних дір
Десятиліттями астрономи вважали, що зірки, досить великі, щоб утворити чорні діри такої величини, вибухнуть надновими, не залишивши після себе жодних залишків, які могли б зруйнуватися в чорну діру. Відкриття GW231123 поставило під сумнів це розуміння, оскільки воно стосувалося двох таких «заборонених» об’єктів, що оберталися з надзвичайною швидкістю. Це підняло питання: як могли утворитися ці чорні діри, якщо вони не повинні були існувати?
Роль швидкого обертання та магнетизму
Прорив стався завдяки детальному моделюванню, яке враховувало швидко обертові, сильно намагнічені зірки. Дослідники виявили, що коли ці зірки колапсують, сильні магнітні поля всередині ядра створюють потужні викиди, викидаючи більшу частину зоряного матеріалу до того, як він встигне впасти в утворену чорну діру. Цей процес зменшує кінцеву масу, штовхаючи її в раніше недоступну масову щілину.
“Ми показали, що якщо зірка швидко обертається, навколо новоутвореної чорної діри утворюється акреційний диск. Сильні магнітні поля, що генеруються всередині цього диска, можуть спричинити потужні викиди, які викидають частину зоряного матеріалу, запобігаючи його падінню в чорну діру”. — Оре Готліб, Центр обчислювальної астрофізики.
Моделювання також пов’язало кінцеву масу та обертання чорної діри з силою її магнітного поля. Сильніші поля викидають більше матеріалу, що призводить до менш масивної, повільно обертової реліквії. Слабші поля дозволяють захоплювати більшу масу, створюючи важчі чорні діри, що обертаються швидше. Властивості, виведені з GW231123, ідеально відповідають цій моделі, припускаючи, що одна чорна діра утворилася в зірці з помірним магнетизмом, а інша – із слабшим полем.
Наслідки для гравітації та космічної історії
Це відкриття має глибокі наслідки. Такі екстремальні події, як GW231123, розширюють теорію відносності Ейнштейна до її меж, забезпечуючи випробувальний полігон для цієї теорії в середовищі найекстремальнішої гравітації. Можливість спостерігати за такими злиттями через гравітаційні хвилі — брижі в просторі-часі — відкриває унікальне вікно у всесвіт, куди не може вийти навіть світло.
Крім того, нові відкриття показують, що чорні діри можуть утворюватися ефективніше, ніж вважалося раніше. Якби цей механізм був поширеним у ранньому Всесвіті, він міг би пояснити, як перше покоління зірок і чорних дір зародило надмасивні чорні діри, які сьогодні знаходяться в центрах галактик.
Що далі?
Робота команди передбачає, що майбутні виявлення гравітаційних хвиль виявлять чітку кореляцію між масою чорної діри та обертанням. Коли буде виявлено більш масивні подвійні чорні діри, вчені перевірять, чи цей зв’язок справедливий у більшій популяції. Якщо це підтвердиться, це може підтвердити новий шлях утворення та виявити приховану популяцію масивних, швидко обертових чорних дір. Зіткнення GW231123 може бути лише першою ознакою нової ери в дослідженнях чорних дір.
