НЕВОЗМОЖНЫЕ ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ, КОТОРЫЕ НЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ
Необычное открытие о черных дырах потрясло научное сообщество в 2023 году, когда детекторы гравитационных волн зафиксировали сигнал от столкновения на расстоянии 7 миллиардов световых лет. В результате слияния двух черных дыр были обнаружены характеристики, которые нарушают законы физики, так как эти черные дыры вращались быстрее, чем когда-либо наблюдаемые ранее, и находились в диапазоне масс, где черные дыры попросту не должны существовать.
В конце своей жизни массивные звезды, как правило, коллапсируют и взрываются в виде сверхновых, оставляя после себя черные дыры. Однако звезды в определенном диапазоне масс, примерно от 70 до 140 солнечных масс, имеют иную судьбу. Они претерпевают взрывы, известные как пара-инстабильные сверхновые, которые настолько разрушительны, что звезда полностью уничтожается, не оставляя никаких остатков — ни черной дыры, ни другого объекта, лишь пустота.
Слияние, названное GW231123, противоречило этому основному правилу. Оба объекта имели массу, которая находилась в этом запретном диапазоне, и вращались почти со скоростью света, искривляя пространство-время вокруг себя, словно водовороты. Ранее существующие теории предполагали, что эти черные дыры могли быть черными дырами второго поколения, сформировавшимися в результате более ранних слияний, но такой процесс обычно приводит к смешиванию спинов. Поэтому нахождение двух таких массивных, быстро вращающихся черных дыр, сталкивающихся друг с другом, казалось весьма маловероятным.
Исследовательская группа во главе с Оре Готтлибом из Центра вычислительной астрофизики Flatiron Institute обнаружила то, что другие упустили: магнитные поля. Предыдущие симуляции не учитывали влияние магнетизма в хаосе, возникающем после сверхновой. Эта пропущенная деталь оказалась решающей. Команда провела компьютерные симуляции, следя за жизненным циклом гигантской звезды, в 250 раз превышающей массу Солнца. К моменту своего взрыва такая звезда уменьшилась до массы примерно в 150 солнечных масс, что чуть выше запретной зоны. Когда она коллапсирует, формируется вращающийся диск остаточного звездного материала, пронизанного магнитными полями, с новорожденной черной дырой в центре.
Именно здесь магнитные поля меняют все. Вращающийся диск обычно подает материал в черную дыру, но сильные магнитные поля оказывают давление на этот диск, выталкивая до половины массы звезды на скорости, близкой к скорости света. Это значительно снижает финальную массу черной дыры, опуская ее в предполагаемую запретную зону и одновременно влияя на скорость ее вращения.
Симуляции показали, что более сильные магнитные поля создают более легкие и медленно вращающиеся черные дыры, в то время как слабые поля позволяют образовываться более тяжелым, но быстро вращающимся. Эта взаимосвязь предполагает, что черные дыры следуют определенному паттерну, связывающему их массу и спин, предлагая новый взгляд на формирование этих звездных гигантов. Работа также предсказывает, что такие образования должны порождать наблюдаемые гамма-всплески, обеспечивая возможность тестирования этих идей и выяснения, насколько распространены эти "невозможные" черные дыры.
Таким образом, новые открытия в области астрофизики подчеркивают сложность и многообразие процессов, происходящих во вселенной, а исследование черных дыр продолжает оставаться одной из наиболее интригующих тем в современной науке.
