Астрономи з Центру обчислювальної астрофізики (CAA) Інституту Флетайрон опублікували статтю, присвячену «неможливому» злиттю чорних дір. У ній вони пояснили, як саме ці чорні діри могли сформуватися.
2023 року колаборація LIGO-Virgo-KAGRA зафіксувала гравітаційні хвилі, спричинені злиттям двох чорних дір, що сталося на відстані 7 млрд світлових років від Землі. Подія привернула увагу вчених характеристиками об’єктів, які відчували в ній. Маси чорних дір у 140 і 100 разів перевищували масу Сонця, при цьому вони оберталися зі швидкостями, близькими до швидкостей світла. Згідно з сучасними уявленнями, такі чорні діри не повинні існувати.
Коли масивні зорі досягають кінця свого життя, багато з них колапсують і вибухають як наднові, залишаючи після себе чорну діру. Але якщо зоря потрапляє в певний діапазон мас, відбувається особливий тип наднової. Цей вибух, званий надновою з нестабільністю пари, настільки сильний, що зоря знищується, не залишаючи після себе нічого.
«Унаслідок цих наднових ми не очікуємо утворення чорних дір із масою приблизно від 70 до 140 разів більшою за масу Сонця», — каже Оре Готтліб, астрофізик із CCA. «Тому було загадково побачити чорні діри з масою в межах цього діапазону».
Єдиний можливий сценарій формування чорної діри такої маси — злиття двох дрібніших чорних дір. Однак у випадку з GW231123 вчені визнали це малоймовірним через їхнє дуже швидке обертання. Вважається, що злиття чорних діри порушує їхнє обертання, чого не спостерігалося у випадку GW231123.
Щоб знайти відповідь на цю загадку, вчені провели серію симуляцій. Вони змоделювали гігантську зорю, чия маса спочатку у 250 разів перевищувала сонячну. До моменту смерті вона зменшилася до 150 сонячних внаслідок спалювання водневого палива і викидів речовини.
Після цього дослідники сконцентрувалися на впливі магнітних полів на хмарну речовину, що утворюється внаслідок вибуху наднової. Раніше вважалося, що вся вона буде швидко поглинута чорною дірою, внаслідок чого її кінцева маса відповідатиме масі зорі. Але симуляції показали дещо інше.
Якщо зоря, що не обертається, колапсує, утворюючи чорну діру, хмара залишених уламків швидко падає в чорну діру. Однак, якщо вихідна зоря швидко оберталася, ця хмара утворює обертовий диск, який змушує чорну діру обертатися дедалі швидше і швидше в міру того, як матерія падає за горизонт подій. Якщо присутні магнітні поля, вони чинять тиск на диск уламків. Цей тиск досить сильний, щоб викинути частину матерії з чорної діри зі швидкістю, близькою до швидкості світла.
Ці викиди зменшують обсяг матеріалу в диску, який зрештою потрапляє в чорну діру. Чим сильніші магнітні поля, тим сильніший цей ефект. У крайніх випадках з дуже сильними магнітними полями до половини початкової маси зорі може бути викинуто через викиди диска чорної діри. У результаті цього процесу може утворитися чорна діра з характеристиками як у тих, що брали участь у злитті GW231123.
За матеріалами Phys.org
