ASTRONOMI su konačno otkrili iznenađujući mehanizam koji stoji iza rekordnog sudara crnih rupa otkrivenog 2023. godine, otkrivajući da snažna magnetska polja mogu oblikovati nastanak i rotaciju neobično masivnih crnih rupa. Niz detaljnih simulacija koje su proveli astrofizičari s instituta Flatiron i njihovi suradnici pokazao je da magnetska polja mogu proizvesti crne rupe s masama za koje se prije smatralo da su uglavnom nedostižne, piše SciTechDaily.

Godine 2023. zabilježen je dramatičan kozmički događaj. Dvije neobično velike crne rupe sudarile su se na udaljenosti od oko 7 milijardi svjetlosnih godina od Zemlje, a njihova golema veličina i brza rotacija odmah su otvorile brojna pitanja. Naime, nije se očekivalo da se objekti s takvim karakteristikama mogu formirati u svemiru.

Zagonetni problem jaza u masi

Sudar iz 2023., danas poznat pod oznakom GW231123, detektirala je suradnja LIGO-Virgo-KAGRA, koja koristi opservatorije gravitacijskih valova za mjerenje malih poremećaja u prostor-vremenu uzrokovanih masivnim kozmičkim kretanjima.

Znanstvenici isprva nisu mogli shvatiti kako su se mogle formirati tako teške i brzo rotirajuće crne rupe. Masivne zvijezde obično završavaju svoj život u eksplozijama supernove koje za sobom mogu ostaviti crnu rupu. Međutim, zvijezde unutar određenog raspona mase proizvode takozvanu supernovu s nestabilnošću parova - snažnu eksploziju koja potpuno uništi zvijezdu, ne ostavljajući ništa iza sebe.

"Kao rezultat ovih supernova, ne očekujemo da će se crne rupe formirati između otprilike 70 do 140 puta mase Sunca", kaže Ore Gottlieb, astrofizičar iz Centra za računalnu astrofiziku (CCA) na institutu Flatiron. "Stoga je bilo zbunjujuće vidjeti crne rupe s masama unutar ovog jaza."

Jedna od mogućnosti bila je da su nastale spajanjem manjih crnih rupa, no to se objašnjenje činilo malo vjerojatnim jer takvi događaji obično poremete rotaciju konačne crne rupe, dok su se one u ovom sudaru rotirale brže od bilo kojih prethodno izmjerenih.

Ključni faktor - magnetska polja

Istraživači iz CCA, u suradnji s međunarodnim kolegama, identificirali su moguće objašnjenje. Njihove detaljne simulacije, koje prate evoluciju sustava od rođenja matičnih zvijezda do njihovog konačnog kolapsa, otkrile su ključni faktor koji su ranije studije propustile: utjecaj magnetskih polja.

"Nitko nije razmatrao ove sustave na način na koji smo mi; prethodno su astronomi samo išli prečacem i zanemarivali magnetska polja", kaže Gottlieb, glavni autor nove studije. "Ali kada uzmete u obzir magnetska polja, zapravo možete objasniti podrijetlo ovog jedinstvenog događaja."

Kako magnetska polja mijenjaju sudbinu zvijezda

Gottlieb i njegovi suradnici proveli su računalne simulacije u dvije faze. Prvo su simulirali divovsku zvijezdu 250 puta masivniju od Sunca kroz cijeli njezin životni vijek. Do trenutka supernove, zvijezda se smanjila na 150 Sunčevih masa, što je smješta tik iznad "masenog jaza" i čini je dovoljno velikom da iza sebe ostavi crnu rupu.

Nakon što se zvijezda uruši i formira crnu rupu, preostali materijal formira rotirajući disk koji ubrzava vrtnju crne rupe. Tu na scenu stupaju magnetska polja - ona vrše pritisak na disk, izbacujući dio materijala brzinom bliskom brzini svjetlosti.

Ti odljevi smanjuju količinu materijala koji na kraju upada u crnu rupu. Što su magnetska polja jača, to je učinak veći. U ekstremnim slučajevima, čak polovica izvorne mase zvijezde može biti izbačena. U slučaju simulacija, magnetska polja su na kraju stvorila crnu rupu čija je masa bila unutar spornog "jaza u masi".

"Otkrili smo da prisutnost rotacije i magnetskih polja može fundamentalno promijeniti post-kolapsnu evoluciju zvijezde, čineći masu crne rupe potencijalno značajno manjom od ukupne mase zvijezde u kolapsu", objašnjava Gottlieb.

Povezivanje mase, rotacije i budućih promatranja

Rezultati sugeriraju izravnu vezu između mase crne rupe i brzine njezine rotacije. Jaka magnetska polja usporavaju crnu rupu i smanjuju joj masu, stvarajući lakše i sporije rotirajuće crne rupe. Slabija polja, s druge strane, omogućuju nastanak težih i brže rotirajućih crnih rupa. Iako astronomi još nemaju druge sustave na kojima bi mogli promatrački testirati ovu vezu, nadaju se da će buduća promatranja potvrditi ovaj obrazac.

Simulacije također pokazuju da formiranje ovakvih crnih rupa stvara bljeskove gama zraka. Potraga za tim signalima pomogla bi potvrditi predloženi proces i otkriti koliko su česte ovakve masivne crne rupe u svemiru, što bi astronomima pružilo dublje razumijevanje fundamentalne fizike crnih rupa.