Астрономи розгадали таємницю "неможливого" зіткнення чорних дір, яких не повинно існувати

Астрономи виявили гравітаційні хвилі, що виникли внаслідок зіткнення двох чорних дір на відстані 7 мільярдів світлових років від нас. Це зіткнення призвело до утворення ще більшої чорної діри. Але це злиття чорних дір здавалося неможливим через їхню величезну масу і неймовірну швидкість обертання. Згідно з сучасними теоріями, чорні діри, які з'являються після смерті масивних зірок, що вибухають надновою, виявлені чорні діри, які мають масу, що в 100 і 140 разів перевищує масу Сонця, не повинні існувати. Але астрономи змогли вирішити цю загадку і пояснити, здавалося б, неможливе злиття чорних дір і факт їхнього існування. Дослідження опубліковано в журналі The Astrophysical Journal Letters, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

"Неможливі" чорні діри

Астрономи позначили сигнал гравітаційних хвиль, що виходять від злиття двох чорних дір, як GW231123. Але вчені були спантеличені існуванням настільки масивних чорних дір, що швидко обертаються, які брали участь у злитті.

Це пов'язано з тим, що масивні зірки, які після своєї смерті могли б залишити після себе такі чорні діри зоряної маси, мають вибухнути особливим типом наднової. У результаті цього вибуху знищується вся зірка і після не залишається нічого, навіть чорної діри.

За слова астрономів, чорні діри з масою в 100 і 140 мас Сонця можуть утворитися в результаті попереднього злиття. Але вчені виключили цю можливість для виявленої події GW231123. Це пов'язано з тим, що злиття чорних дір знижують швидкість обертання нової чорної діри. Але астрономи виявили, що дві чорні діри, які брали участь у злитті GW231123, оберталася зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Це максимальна швидкість, з якою можуть обертатися чорні діри. Тому астрономи вирішили, що причина наявності величезних мас у двох чорних дір криється в чомусь іншому.

Таємницю чорних дір розкрито

Астрономи створили модель масивної зірки, маса якої в 250 разів більша за масу Сонця, і простежили її еволюцію аж до вибуху наднової. Моделювання показало, що до моменту смерті маса цієї зірки зменшувалася до 150 мас Сонця. Таким чином маса зірки дозволила статися звичайному вибуху наднової з утворенням чорної діри.

Після цього астрономи створили більш складне моделювання, що враховує магнітні поля, які відіграють роль у наслідках вибуху наднової. Модель включала в себе залишок наднової, що складається з речовини, викинутої померлою зіркою, пронизаної магнітними полями.

У центрі залишку наднової перебувала чорна діра. До цього дослідження астрономи припускали, що вся маса цього залишку буде поглинена чорною дірою. У результаті маса чорної діри зросте до маси зірки, яка її створила. Але моделювання показало, що відбувається щось інше.

Астрономи виявили, що після смерті зірки з утворенням чорної діри речовина, що залишилася, дійсно швидко падає в чорну діру. Але якщо зірка, що створила чорну діру, швидко оберталася, то це призвело до утворення хмари з уламків зірки, яка обертається навколо чорної діри. Ця хмара змушує обертатися чорну діру все швидше і швидше в міру надходження в неї все більшої кількості речовини. У присутності магнітних полів хмара уламків відчуває тиск, досить сильний, щоб викинути частину матеріалу, що залишився, з чорної діри майже зі швидкістю світла.

Цей викид речовини зменшує масу хмари з уламків, з якої чорна діра отримує речовину. Що сильніші задіяні магнітні поля, то швидше цей шматок зоряної речовини забирається з чорної діри. Якщо магнітні поля досить потужні, може бути викинута половина початкової маси зірки. У підсумку слабке магнітне поле призводить до меншого викиду речовини й утворення чорної діри, яка може мати масу від 70 до 140 мас Сонця, кажуть учені.

Автори дослідження кажуть, що вони виявили, що наявність обертання і магнітних полів може змінити еволюцію зірки, що призведе до появи чорної діри з масою, значно нижчою за масу зірки.

Ще одне важливе відкриття про чорні діри

Крім того, що астрономи змогли розгадати таємницю "неможливого" зіткнення двох чорних дір, моделювання вказує на зв'язок між масою чорної діри і швидкістю її обертання через силу навколишніх магнітних полів. Сильні магнітні поля можуть призвести до утворення легших чорних дір, які повільно обертаються, в той час як слабкі магнітні поля можуть призвести до утворення більш масивних чорних дір, які швидко обертаються.

Як уже писав Фокус, астрономи вперше побачили момент, коли ударна хвиля вибуху наднової проривається крізь поверхню вмираючої зірки.

Також Фокус писав про те, що маленька зірка завдала великого удару по пошуку позаземного життя. Астрономи вперше виявили корональний викид маси в іншої зірки, крім Сонця.