Исследователи из Института Флэтайрон в сотрудничестве с другими учеными проследили источник магнетизма черных дыр к их предшествующим звездам, как сообщается в выпуске 'The Astrophysical Journal Letters' от 18 ноября.
Когда звезда взрывается в результате сверхновой, остается плотный остаток, известный как протонейтронная звезда, которая может в конечном итоге коллапсировать в черную дыру. Ore Gottlieb, первый автор исследования и научный сотрудник Центра вычислительной астрофизики (CCA) Института Флэтайрон в Нью-Йорке, заявил: "Протонейтронные звезды - это матери черных дыр; когда они коллапсируют, рождается черная дыра. По мере формирования этой черной дыры окружающий диск протонейтронной звезды будет фактически прикреплять свои магнитные линии к черной дыре." Это понимание проливает свет на то, как черные дыры питают гамма-всплески, самые яркие взрывы во Вселенной.
Исследовательская группа смоделировала жизненный цикл звезды, ведущий к ее коллапсу в черную дыру, сосредоточив внимание на потоках, таких как струи, ответственных за гамма-всплески. Они столкнулись с трудностями в моделировании поведения магнитного поля во время коллапса. Gottlieb отметил: "Мы не были уверены, как смоделировать поведение этих магнитных полей во время коллапса нейтронной звезды в черную дыру." Это побудило к более глубокому исследованию происхождения магнитных полей.
Предыдущие теории предполагали, что линии магнитного поля коллапсирующей звезды сжимаются при поглощении в черную дыру, что теоретически должно усиливать магнетизм. Однако это сжатие остановило бы вращение звезды, что помешало бы образованию аккреционного диска, необходимого для струй и гамма-всплесков. Gottlieb отметил: "Это, похоже, взаимно исключает друг друга. Вам нужно две вещи для формирования струй: сильное магнитное поле и аккреционный диск. Но магнитное поле, приобретенное за счет такого сжатия, не образует аккреционный диск, а если вы уменьшите магнитизм, чтобы позволить образованию диска, то оно не будет достаточно сильным, чтобы производить струи."
Прорыв произошел, когда команда начала рассматривать аккреционные диски коллапсирующих нейтронных звезд. Gottlieb объяснил: "Прошлые симуляции рассматривали только изолированные нейтронные звезды и изолированные черные дыры, где весь магнетизм теряется во время коллапса. Однако мы обнаружили, что у этих нейтронных звезд есть собственные аккреционные диски, как у черных дыр. Это привело нас к предложению, что аккреционный диск может сохранить магнитное поле нейтронной звезды, позволяя черной дыре унаследовать эти магнитные линии."
Расчеты подтвердили, что в большинстве случаев образование аккреционного диска вокруг черной дыры происходит быстрее, чем потеря магнитного поля нейтронной звезды. Это открытие поддерживает идею о том, что черные дыры могут сохранять магнитное поле своей родительской нейтронной звезды.
Gottlieb подчеркнул значительные последствия для изучения формирования струй в черных дырах, заявив: "Это исследование меняет наше представление о том, какие типы систем могут поддерживать формирование струй. Если мы знаем, что аккреционные диски подразумевают магнетизм, то теоретически все, что вам нужно, это раннее образование диска, чтобы питать струи." Он выразил интерес к пересмотру связей между популяциями звезд и формированием струй в свете этого открытия.
Gottlieb отметил, что проект был коллаборацией и что ресурсы, предоставленные CCA, сделали это исследование возможным, добавив: "Это было многопрофильное сотрудничество, которое позволило нам рассмотреть этот вопрос с разных сторон и создать последовательную картину эволюции звезды после коллапса." Щедрые вычислительные ресурсы CCA позволили нам проводить симуляции коллапса более последовательно, чем когда-либо прежде, что способствовало инновационному подходу.