Forscher des Flatiron Institute haben zusammen mit anderen die Quelle des Magnetismus von Schwarzen Löchern auf ihre Vorgängerstern zurückverfolgt, wie im November 18-Ausgabe von 'The Astrophysical Journal Letters' beschrieben.
Wenn ein Stern eine Supernova durchläuft, bleibt ein dichter Rest zurück, der als Proto-Neutronenstern bekannt ist und schließlich in einen Schwarzen Loch kollabieren kann. Ore Gottlieb, der Hauptautor der Studie und Forschungsstipendiat am Center for Computational Astrophysics (CCA) des Flatiron Institute in New York City, erklärte: "Proto-Neutronensterne sind die Mütter von Schwarzen Löchern; wenn sie kollabieren, wird ein Schwarzes Loch geboren. Während sich dieses Schwarze Loch bildet, wird die Umgebungsscheibe des Proto-Neutronensterns seine magnetischen Linien an das Schwarze Loch anheften." Dieses Verständnis beleuchtet, wie Schwarze Löcher Gammastrahlenausbrüche antreiben, die hellsten Explosionen im Universum.
Das Forschungsteam simulierte den Lebenszyklus eines Sterns, der zu seinem Kollaps in ein Schwarzes Loch führt, und konzentrierte sich auf Ausflüsse wie Jets, die für Gammastrahlenausbrüche verantwortlich sind. Sie stießen auf Herausforderungen bei der Modellierung des Verhaltens des Magnetfeldes während des Kollapses. Gottlieb bemerkte: "Wir waren uns nicht sicher, wie wir das Verhalten dieser Magnetfelder während des Kollapses des Neutronensterns in das Schwarze Loch modellieren sollten." Dies führte zu einer weiteren Untersuchung der Herkunft der Magnetfelder.
Frühere Theorien deuteten darauf hin, dass die Magnetfeldlinien eines kollabierenden Sterns beim Absorbieren in das Schwarze Loch komprimiert werden, was theoretisch den Magnetismus verstärken sollte. Diese Kompression würde jedoch die Rotation des Sterns stoppen, was die Bildung einer Akkretionsscheibe verhindern würde, die für Jets und Gammastrahlenausbrüche notwendig ist. Gottlieb stellte fest: "Es scheint gegenseitig ausschließend zu sein. Sie benötigen zwei Dinge für die Bildung von Jets: ein starkes Magnetfeld und eine Akkretionsscheibe. Aber ein durch eine solche Kompression erworbenes Magnetfeld wird keine Akkretionsscheibe bilden, und wenn Sie den Magnetismus reduzieren, um die Bildung des Scheibens zu ermöglichen, dann ist er nicht stark genug, um Jets zu erzeugen."
Der Durchbruch kam, als das Team die Akkretionsscheiben kollabierender Neutronensterne berücksichtigte. Gottlieb erklärte: "Frühere Simulationen haben nur isolierte Neutronensterne und isolierte Schwarze Löcher betrachtet, bei denen während des Kollapses der gesamte Magnetismus verloren geht. Wir haben festgestellt, dass diese Neutronensterne eigene Akkretionsscheiben haben, genau wie Schwarze Löcher. Dies führte uns zu dem Vorschlag, dass eine Akkretionsscheibe das Magnetfeld des Neutronensterns bewahren könnte, sodass das Schwarze Loch diese magnetischen Linien erben kann."
Berechnungen bestätigten, dass in den meisten Fällen die Bildung einer Akkretionsscheibe um ein Schwarzes Loch schneller erfolgt als der Verlust des Magnetfelds des Neutronensterns. Diese Erkenntnis unterstützt die Idee, dass Schwarze Löcher das Magnetfeld ihres Eltern-Neutronensterns behalten können.
Gottlieb betonte die signifikanten Implikationen für die Studien zur Jetbildung in Schwarzen Löchern und erklärte: "Diese Studie verändert die Art und Weise, wie wir darüber nachdenken, welche Arten von Systemen die Jetbildung unterstützen können. Wenn wir wissen, dass Akkretionsscheiben Magnetismus implizieren, dann benötigen Sie theoretisch nur eine frühe Scheibenbildung, um Jets anzutreiben." Er äußerte Interesse daran, die Verbindungen zwischen Sternpopulationen und Jetbildung im Lichte dieser Entdeckung neu zu überdenken.
Gottlieb hob die kollaborative Natur des Projekts und die Ressourcen hervor, die vom CCA zur Verfügung gestellt wurden, um diese Studie zu ermöglichen, und bemerkte: "Dies war eine multidisziplinäre Zusammenarbeit, die es uns ermöglichte, diese Frage aus verschiedenen Richtungen zu betrachten und ein kohärentes Bild von der Evolution eines Sterns nach dem Kollaps zu formen." Die großzügigen Rechenressourcen des CCA ermöglichten es, die Simulationen des Kollapses konsistenter durchzuführen als jemals zuvor und trugen zu einem innovativen Ansatz bei.