Чорні діри утворюються після смерті зір. Здавалося б, із них нічого не може вирватися. Проте насправді вони можуть мати таку характеристику, як заряд, а отже, і магнітне поле. Нещодавні моделювання показують, що вони можуть успадковувати їх від зір.
Загадка магнітного поля чорної діри
Чорні діри — одні з найзагадковіших зоряних об’єктів. Вони найбільш відомі тим, що засмоктують все навколо у гравітаційну яму, з якої ніщо не може втекти, але також можуть вистрілювати потужні струмені заряджених частинок, що призводить до вибухових сплесків гамма-випромінювання, здатних за лічені секунди вивільнити більше енергії, ніж наше Сонце випромінює за весь час свого існування.
Для того, щоб відбулася така подія, чорна діра має нести в собі потужне магнітне поле. Однак, звідки береться цей магнетизм, залишається загадкою.
Використовуючи розрахунки утворення чорних дір, вчені з Інституту Флетірона та їхні колеги нарешті знайшли джерело цих магнітних полів — колапсуючі материнські зорі самих чорних дір.
Чорні діри можуть утворюватися після того, як зоря вибухає як наднова, залишаючи після себе щільне залишкове ядро, яке називається протонейтронною зорею.
«Протонейтронні зорі є «матерями» чорних дір, оскільки коли вони колапсують, народжується чорна діра. Ми бачимо, що в міру формування цієї чорної діри навколишній диск протонейтронної зорі, по суті, притискає її магнітні лінії до чорної діри», — говорить Оре Готтліб, перший автор дослідження і науковий співробітник Центру обчислювальної астрофізики (CCA) Інституту Флетірона в Нью-Йорку.
Таємниця магнетизму в чорних дірах
Спочатку команда мала на меті змоделювати шлях зорі від народження до колапсу й утворення чорної діри. За допомогою своїх симуляцій вчені планували вивчити витікання з чорної діри, подібні до струменів, які генерують сплески гамма-випромінювання. Однак команда Готтліба зіткнулася з проблемою, пов’язаною з моделями.
Існувало кілька теорій щодо чорних дір та їхнього магнетизму, але жодна з них, схоже, не враховувала потужність струменів чорної діри та сплесків гамма-випромінювання.
«Вважалося, що магнітні поля зір, які колапсують, стискаються в чорну діру, — каже Готтліб. — Під час цього колапсу магнітні силові лінії стають сильнішими, оскільки вони стискаються, тому щільність магнітних полів стає вищою».
Проблема з цим поясненням полягає в тому, що сильний магнетизм у зорі призводить до того, що вона втрачає обертання. А без швидкого обертання новонароджена чорна діра не може сформувати акреційний диск — потік газу, плазми, пилу і частинок навколо чорної діри — й не здатна виробляти струмені та сплески гамма-випромінювання, які ми спостерігали.
«Здається, це взаємозаперечні речі, — зауважує Готтліб. — Для формування струменів потрібні сильне магнітне поле й акреційний диск. Але магнітне поле, отримане в результаті такого стиснення, не утворить акреційного диска, а якщо зменшити магнетизм до рівня, коли диск може утворитися, то він буде недостатньо сильним, щоб створити струмені».
Це означало, що відбувається щось інше, і вчені прагнули з’ясувати, що саме, звернувшись безпосередньо до джерела — пращура чорної діри.
Магнітний пращур чорної діри — нейтронна зоря
Для того, щоб побачити детальнішу картину всього процесу, вчені використали ідею, яка полягає в тому, що, можливо, акреційний диск може зберегти магнітне поле нейтронної зорі. Таким чином, утвориться чорна діра з тими самими лініями магнітного поля, які пронизували нейтронну зорю.
Розрахунки команди показали, що коли нейтронна зоря колапсує, перш ніж все її магнітне поле поглинає новоутворена чорна діра, диск нейтронної зорі успадковується чорною дірою і її магнітні силові лінії стають нерухомими.
«Ми провели розрахунки для типових значень, які очікуємо побачити в цих системах, і в більшості випадків час формування диска чорної діри коротший, ніж час втрати нею свого магнетизму, — каже Готтліб. — Таким чином, диск дозволяє чорній дірі успадкувати магнітне поле від своєї «матері» — нейтронної зорі».
Наслідки для всього космосу
Готтліб схвильований новим відкриттям не лише тому, що воно розв’язує давню загадку, а й через те, що відкриває двері для наступних досліджень джетів.
«Це дослідження змінює наше уявлення про те, які типи систем можуть підтримувати формування джетів, адже якщо ми знаємо, що акреційні диски передбачають магнетизм, то теоретично все, що потрібно, це раннє формування диска для живлення джетів, — говорить він. — Я думаю, що нам було б цікаво переосмислити всі зв’язки між популяціями зір і формуванням джетів тепер, коли ми це знаємо».
Готтліб дякує науковій команді та можливостям CCA за проведену роботу.
За матеріалами phys.org
