През ноември 2023 г. с детекторите LIGO е засечена гравитационна вълна (GW231123), която се оказва резултат от сблъсък на най-масивните черни дупки, наблюдавани някога.
Сблъсъкът се случва в галактика на 7 милиарда светлинни години разстояние, а масите на двете черни дупки, плюс скоростта им на въртене, се оказват озадачаващо големи. Двете черни дупки, които се сливат, имат маси от около 100 и 140 пъти масата на слънцето и освен това се въртят бързо. Въпросът бе как е възможно това.
Оре Готлиб (Ore Gottleib) от Центъра за компютърна астрофизика към Института Флатирън и неговият екип сега откриват това благодарение на компютърни симулации – по-горе е скрийншот от една от симулациите. Оказва се, че силните магнитни полета са обяснението за екстремните свойства на GW231123.
Това бе обсъдено вече през юли 2025 г. (вж "Най-големият сблъсък на черни дупки, открит някога, оспорва физичните теории").
Известно е, че много масивните звезди експлодират като свръхнови в края на живота си, по-специално под формата на така наречената свръхнова с "двойна нестабилност".
Буквално нищо не остава от звездата, дори черна дупка.
Ето защо астрономите виждат един вид "пропаст на масите" (mass gap) в диапазона на масите между 70 и 140 слънчеви маси, празнина или диапазон на масите, който е изключен за черните дупки заради свръхновите с двойна нестабилност.
Но как биха могли двете черни дупки, които са образували GW211123, да бъдат в този диапазон на масите?
Да, самите две черни дупки също биха могли да бъдат продукт на сблъскващи се черни дупки, първоначално по-леки, с маса под "пропастта на масите".
Но тогава въртенето на четирите първоначални черни дупки би било толкова хаотично, което често нарушава въртенето на получената черна дупка. Черните дупки на GW231123 са най-бързо въртящите се, наблюдавани от LIGO, усуквайки пространство-времето около себе си почти със скоростта на светлината.
Две черни дупки с техния размер и въртене са изключително малко вероятни, така че астрономите смятаха, че трябва да има нещо друго.
Инфографика за образуването на черната дупка при GW231123. Кредит: Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation
Чрез симулациите Готлиб и екипът му разбрали какво трябва да се е случило.
Първо, те симулирали гигантска звезда с 250 пъти масата на слънцето през ключовата фаза от живота ѝ, от момента, в който започне да гори водород, до момента, в който се изчерпи и колапсира в свръхнова.
Докато такава масивна звезда достигне етапа на свръхнова, тя е използвала достатъчно гориво, за да се свие до едва 150 пъти масата на слънцето, точно над "пропастта на масите" и достатъчно голяма, за да остави след себе си черна дупка.
Втори набор от симулации, които вземат предвид магнитните полета, разглежда последиците от свръхновата. Моделът започва с останките от свръхновата: облак от остатъчен звезден материал, смесен с магнитни полета и черна дупка в центъра.
Тези 3D визуализации на колапсар с директен хоризонт и първоначално слабо магнитно поле илюстрират еволюцията на системата. В началото на колапса, ветровете на акреционния диск развързват голяма част от звездната обвивка, намалявайки масата, достъпна за акреция върху черната дупка. В крайна сметка, едностранна струя излиза от областта точно извън черната дупка, завъртайки черната дупка надолу и изхвърляйки останалия звезден материал. Кредит: Ore Gottleib/Simons Foundation
Преди това астрономите са предполагали, че цялата маса на облака ще падне в новородената черна дупка, което ще направи крайната маса на черната дупка равна на тази на масивната звезда. Но симулациите показват друго.
След като невъртяща се звезда се колапсира в черна дупка, облакът от остатъчна материя – предимно външните слоеве на звездата – бързо пада в нея.
Ако обаче оригиналната звезда се е въртяла бързо, този облак образува въртящ се диск, който кара черната дупка да се върти все по-бързо и по-бързо, докато материалът пада в бездната. Ако има магнитни полета, те оказват налягане върху диска от отломки.
Това налягане е достатъчно силно, за да изхвърли част от материала от черната дупка почти със скоростта на светлината. Тези изтичания в крайна сметка намаляват по-голямата част от материала в диска, който след това се влива в черната дупка.
Колкото по-силни са магнитните полета, толкова по-голям е този ефект. В екстремни случаи, с много силни магнитни полета, до половината от оригиналната маса на звездата може да бъде изхвърлена от диска на черната дупка чрез изхвърлянията. В случая на симулациите, магнитните полета в крайна сметка са създали окончателна черна дупка в празнина в масите.
Симулациите показват връзка между масата на черната дупка и скоростта ѝ на въртене. Силните магнитни полета могат да забавят черната дупка и да отнесат част от звездната ѝ маса, създавайки по-леки, по-бавно въртящи се черни дупки. По-слабите полета позволяват появата на по-тежки, по-бързо въртящи се черни дупки. Това предполага, че черните дупки може да следват модел, който свързва тяхната маса и въртене.
Справка: Ore Gottlieb et al, Spinning into the Gap: Direct-horizon Collapse as the Origin of GW231123 from End-to-end General-relativistic Magnetohydrodynamic Simulations, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ae0d81
Източник: Mysterious ‘Impossible’ Merger of Two Massive Black Holes Explained, Ore Gottleib/Simons Foundation
Още по темата
Космос
GW190521 - Eхо от червеева дупка от друга вселена? Вълнуващо, но предпочитаме простите обяснения
Космос
Най-големият сблъсък на черни дупки, открит някога, оспорва физичните теории
Космос
Как гравитационните вълни могат да покажат първите мигове след Големия взрив
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Johnny B Goode
Престижна награда от БАН спечели главният редактор на НаукаOFFNews
Gunteer
Престижна награда от БАН спечели главният редактор на НаукаOFFNews
Християнин
Това е кралят на тиквите: Тиквата му тежи над един един тон
dolivo
Сахара очаква 75% увеличение на валежите до 2100 г.