Дослідження вчених з Інституту Флетайрона розкриває механізм передачі магнітних полів від колапсуючих зірок до новоутворених чорних дір, пояснюючи походження потужних гамма-сплесків у космосі.

Чорні діри залишаються одними з найзагадковіших об’єктів нашого Всесвіту. Вони відомі своєю потужною гравітацією, що здатна поглинати абсолютно все. Парадоксально, що ці космічні “пожирачі” також можуть створювати найяскравіші вибухи у Всесвіті. Такі вибухи, відомі як гамма-сплески, вивільняють колосальні обсяги енергії за лічені секунди. Для генерації таких вибухів чорна діра повинна мати сильне магнітне поле, походження якого донедавна залишалося таємницею.

Розкриття магнітної таємниці

Команда науковців під керівництвом Оре Готтліба провела детальні розрахунки. Вони змоделювали шлях від сильно намагніченої зірки до колапсу і формування чорної діри. “Прото-нейтронні зорі є матерями чорних дір, оскільки коли вони колапсують, народжується чорна діра”, – пояснює Готтліб. Вчені виявили, що при колапсі нейтронної зорі її магнітні поля не зникають повністю.

Попередні теорії не могли пояснити парадокс. Вважалося, що сильні магнітні поля зірок падають у чорну діру. Проте сильний магнетизм призводить до втрати зіркою обертання. Без швидкого обертання чорна діра не може сформувати акреційний диск “потік газу, плазми, пилу і частинок навколо чорної діри”. Без такого диску неможливе утворення потужних струменів.

Нове дослідження спростувало старі моделі. “Минулі симуляції розглядали лише ізольовані нейтронні зорі та ізольовані чорні діри, де весь магнетизм втрачається під час колапсу”, – зазначає Готтліб. Науковці виявили, що нейтронні зорі мають власні акреційні диски. Ці диски здатні зберігати магнітне поле під час колапсу.

Механізм магнітного успадкування

Розрахунки демонструють чітку послідовність подій. Коли нейтронна зоря колапсує, її диск переходить до новоутвореної чорної діри. Магнітні силові лінії при цьому стають нерухомими. Диск фактично “консервує” магнітне поле і передає його чорній дірі.

Часові рамки виявилися критичними у цьому процесі. “У більшості випадків час формування диска чорної діри коротший, ніж час втрати чорною дірою свого магнетизму”, – підкреслює Готтліб. Завдяки цьому чорна діра успадковує магнітне поле від своєї “матері” – нейтронної зірки.

Відкриття має важливі наслідки для астрофізики. Воно пояснює, як чорні діри можуть мати одночасно сильні магнітні поля та акреційні диски. Така комбінація необхідна для формування потужних струменів. Ці струмені, у свою чергу, спричиняють гамма-сплески, які ми спостерігаємо з Землі.

Перспективи для космічних досліджень

Нове відкриття відкриває шлях для подальших досліджень. Воно повністю змінює наше розуміння формування космічних струменів. “Це дослідження змінює наше уявлення про те, які типи систем можуть підтримувати формування струменів”, – говорить Готтліб. Тепер вчені можуть переосмислити зв’язки між зоряними популяціями і утворенням струменів.

Дослідження стало можливим завдяки міждисциплінарній співпраці. Команда розглянула проблему з різних наукових перспектив. Потужні обчислювальні ресурси Центру обчислювальної астрофізики дозволили провести безпрецедентно детальні симуляції. Завдяки цьому вчені змогли спостерігати весь цикл – від колапсу зірки до формування струменів.

Відкриття було опубліковане в журналі The Astrophysical Journal Letters. Воно становить важливий крок у розумінні фундаментальних властивостей чорних дір. Подальші дослідження допоможуть краще зрозуміти найяскравіші вибухи у нашому Всесвіті.