Tim iz Flatiron CCA rešio je misteriju signala GW231123: numeričke simulacije pokazuju da kod brzo rotirajućih progenitora magnetska polja mogu izbaciti značajan deo ostataka supernove, smanjujući masu nastale crne rupe. Ovo objašnjava pojavu crnih rupa u "masovnom jazu" (~70–140 M☉) i povezuje masu sa brzinom rotacije preko jačine magnetskih polja. Moguća potvrda modela bila bi detekcija pratećeg bljeska gama-zraka.
Naučnici razrešili misteriju "nemogućeg" sudara "zabranjenih" crnih rupa — ključ su magnetska polja
Rešena zagonetka sudara crnih rupa iz masovnog "jaza"
Naučnici su razjasnili misteriozan sudar crnih rupa detektovan putem gravitacionih talasa 23. novembra 2023. godine. Signal, označen kao GW231123, registrovali su zemaljski detektori LIGO, Virgo i KAGRA; analiza je pokazala dve komponente čije su karakteristike delovale nepodnošljivo za postojeće modele formiranja zvezda i crnih rupa.
Zašto su bile "zabranjene"
Komponente su imale procenjene mase od približno 100 i 140 puta mase Sunca i rotirale su skoro maksimalnom brzinom dozvoljenom za crne rupe. Prema teorijama formiranja zvezdnih crnih rupa, zvezde koje bi ostavile za sobom crne rupe u opsegu od ~70 do 140 Sunčevih masa obično dožive pair-instability supernovu, eksploziju toliko snažnu da ne ostaje ostatak – pa se očekuje postojanje tzv. masovnog "jaza".
Šta su otkrili istraživači iz Flatiron CCA
Tim iz Centra za računarsku astrofiziku (CCA) pri Flatiron Institutu u Njujorku, predvođen Oreom Gottliebom, izvršio je numeričke simulacije koje prate evoluciju masivnih progenitora sve do kolapsa i posle-supernovne faze. Prvo su simulirali život jedne izuzetno masivne zvezde (oko 250 M☉) i utvrdili da gubitkom goriva и starenjem, zvezda može do trenutka kolapsa osiromašiti na oko 150 M☉ — vrednost koja može dovesti do nastanka crne rupe umesto potpunog razaranja.
Zatim su uveli detaljniju post-supernovnu simulaciju koja uključuje rotaciju i magnetska polja u ostatku materije oko novonastale crne rupe. Prethodne procene često su pretpostavljale da će većina ostataka pasti u crnu rupu i tako povećati njenu masu blizu mase predaka. Međutim, tim je pokazao drugačiji ishod: u slučaju brzo rotirajućeg progenitora, ostaci formiraju spljošteni, rotirajući akrecioni disk koji ubrzava rotaciju crne rupe, dok magnetska polja pokreću snažne izlive materije — dovoljno energične da izbace značajan deo ostataka iz sistema.
Posledice i veza masa–rotacija–magnetna polja
Magnetno vođeni izbačaji (jets/winds) mogu odneti veliki deo mase diska — u najjačim scenarijima i do polovinu početne mase zvezde — čime se konačna masa crne rupe znatno smanjuje u odnosu na masu kolabirane zvezde. Tako je moguće da nastanu crne rupe unutar ranije "zabranog" opsega, a da one istovremeno zadrže visoke brzine rotacije. Studija predlaže da jačina magnetskih polja utiče na vezu između mase i spin-a: snažnija polja → veći izduv materije → lakše i obično sporije rotirajuće crne rupe; slabija polja → manje izbacivanja → masivnije i brže rotirajuće crne rupe.
Kako ovo može da se potvrdi
Simulacije ukazuju i na moguću elektromagnetnu pratnju: formiranje ovakvih crnih rupa može biti praćeno kratkim bljeskom gama-zraka. Detekcija takvog bljeska u vremenskoj i prostornoj korelaciji sa signalom GW231123 ili sličnim gravitacionim talasima bila bi snažan test modela.
Zaključak: Uzimanje u obzir rotacije i magnetskih polja menja očekivani ishod posle-kolapsne evolucije masivnih zvezda i objašnjava postojanje "zabranjenih" crnih rupa kao onih registrovanih u signalu GW231123.
Rad istraživača objavljen je 12. novembra u časopisu The Astrophysical Journal Letters.
Pomozite nam da budemo bolji.
