Черные дыры образуются после смерти звезд. Казалось бы, из них ничего не может вырваться. Однако на самом деле они могут иметь такую характеристику, как заряд, а следовательно, и магнитное поле. Недавние моделирования показывают, что они могут наследовать их от звезд.
Загадка магнитного поля черной дыры
Черные дыры — одни из самых загадочных звездных объектов. Они наиболее известны тем, что засасывают все вокруг в гравитационную яму, из которой ничто не может убежать, но также могут выстреливать мощные струи заряженных частиц, что приводит к взрывным всплескам гамма-излучения, способных за считанные секунды высвободить больше энергии, чем наше Солнце излучает за все время своего существования.
Чтобы произошло такое впечатляющее событие, черная дыра должна нести в себе мощное магнитное поле. Однако, откуда берется этот магнетизм, остается загадкой.
Используя расчеты образования черных дыр, ученые из Института Флетирона и их коллеги наконец нашли источник этих магнитных полей — коллапсирующие родительские звезды самих черных дыр.
Черные дыры могут образовываться после того, как звезда взрывается как сверхновая, оставляя после себя плотное остаточное ядро, которое называется прото-нейтронной звездой.
«Прото-нейтронные звезды являются «матерями» черных дыр, поскольку когда они коллапсируют, рождается черная дыра. Мы видим, что по мере формирования этой черной дыры окружающий диск прото-нейтронной звезды, по сути, прижимает ее магнитные линии к черной дыре», — говорит Оре Готтлиб, первый автор исследования и научный сотрудник Центра вычислительной астрофизики (CCA) Института Флетирона в Нью-Йорке.
Тайна магнетизма в черных дырах
Сначала целью команды было смоделировать путь звезды от рождения до коллапса и образования черной дыры. С помощью своих симуляций ученые планировали изучить истечения из черной дыры, подобные струям, которые генерируют всплески гамма-излучения. Однако команда Готтлиба столкнулась с проблемой, связанной с моделями.
Существовало несколько теорий относительно черных дыр и их магнетизма, но ни одна из них, похоже, не учитывала мощность струй черной дыры и всплесков гамма-излучения.
«Считалось, что магнитные поля звезд, которые коллапсируют, сжимаются в черную дыру, — говорит Готтлиб. — Во время этого коллапса магнитные силовые линии становятся сильнее, поскольку они сжимаются, поэтому плотность магнитных полей становится выше».
Проблема с этим объяснением заключается в том, что сильный магнетизм в звезде приводит к тому, что она теряет вращение. А без быстрого вращения новорожденная черная дыра не может сформировать аккреционный диск — поток газа, плазмы, пыли и частиц вокруг черной дыры — и не способна производить струи и всплески гамма-излучения, которые мы наблюдали.
«Кажется, это взаимоисключающие вещи, — говорит Готлиб. — Для формирования струй нужны сильное магнитное поле и аккреционный диск. Но магнитное поле, полученное в результате такого сжатия, не образует аккреционного диска, а если уменьшить магнетизм до уровня, когда диск может образоваться, то он будет недостаточно сильным, чтобы создать струи».
Это означало, что происходит что-то другое, и ученые стремились выяснить, что именно, обратившись непосредственно к источнику — прародителю черной дыры.
Магнитный прародитель черной дыры — нейтронная звезда
Чтобы увидеть более полную картину всего процесса, ученые использовали идею, которая заключается в том, что, возможно, аккреционный диск может сохранить магнитное поле нейтронной звезды. Таким образом, образуется черная дыра с теми же линиями магнитного поля, которые пронизывали нейтронную звезду.
Расчеты команды показали, что когда нейтронная звезда коллапсирует, прежде чем все ее магнитное поле поглощает новообразованная черная дыра, диск нейтронной звезды наследуется черной дырой и ее магнитные силовые линии становятся неподвижными.
«Мы провели расчеты для типичных значений, которые ожидаем увидеть в этих системах, и в большинстве случаев время формирования диска черной дыры короче, чем время потери черной дырой своего магнетизма, — говорит Готтлиб. — Таким образом, диск позволяет черной дыре унаследовать магнитное поле от своей «матери» — нейтронной звезды».
Последствия для всего космоса
Готтлиб взволнован новым открытием не только потому, что оно решает давнюю загадку, но и потому, что открывает двери для следующих исследований джетов.
«Это исследование меняет наше представление о том, какие типы систем могут поддерживать формирование джетов, ведь если мы знаем, что аккреционные диски предусматривают магнетизм, то теоретически все, что нужно, это раннее формирование диска для питания джетов, — говорит он. — Я думаю, что нам было бы интересно переосмыслить все связи между популяциями звезд и формированием джетов теперь, когда мы это знаем».
Готтлиб благодарит научную команду и возможности CCA за проведенную работу.
По материалам phys.org
