Kako su nastale dve „nemoguće“ crne rupe iz GW231123 — nova simulacija razotkriva maseni jaz

Naučnici su objasnili poreklo najmasovnijeg zabeleženog sudara crnih rupa, GW231123, pokazujući kako se dve crne rupe od približno 100 i 130 Sunčevih masa mogle formirati uprkos dugogodišnjem očekivanju da u tom opsegu ne bi trebalo biti ostataka zvezda. Tim predvođen profesorom Oreom Gottliebom sa Centra za računarsku astrofiziku upotrebio je trodimenzionalne simulacije kako bi pratio kolaps veoma masivnog helijumskog jezgra i otkrio neočekivani mehanizam koji vodi do formiranja objekata u takozvanom masenom jazu.

Zašto je GW231123 iznenađenje?

Događaj GW231123, detektovan u novembru 2023. godine na udaljenosti većoj od 2 milijarde svetlosnih godina, uključivao je dva objekta čije su mase pale u raspon od približno 70–140 Sunčevih masa — zonu poznatu kao maseni jaz, gde se prema klasičnim modelima ne očekuju crne rupe. Takve zvezde se prema ranijim teorijama obično raspadaju u snažnim eksplozijama i ne ostavljaju ostatke dovoljne mase za formiranje crne rupe. Dodatno, oba objekta pokazala su znake izrazito velike rotacije.

Mehanizam: rotacija, akrecioni disk i magnetni ispadi

Simulacije tima sledile su helijumsko jezgro mase oko ~250 Sunčevih masa tokom sagorevanja i kolapsa. Umesto da jezgro jednostavno uruši u jedinstvenu, veoma masivnu crnu rupu, brzo okretanje zvezde dovodi do nastanka akrecionog diska oko novorođene crne rupe. U tom disku snažna magnetna polja mogu da generišu moćne izlive materijala koji izbacuju značajan deo zvezdanog omotača u prostor.

Na taj način mlada crna rupa gubi pristup velikom delu okolne mase, pa konačna masa ostatka pada u maseni jaz. Osim toga, simulacije pokazuju prirodnu vezu između jačine magnetnih polja, izgubljene mase i konačne rotacije: snažna magnetna polja efikasnije izbacuju materijal i „izvlače“ kutni moment, rezultujući manje masivnim i sporije rotirajućim ostacima, dok slabija polja ostavljaju masivnije i brže rotirajuće crne rupe.

„Ako zvezda rotira brzo, formira se akrecioni disk iz kojeg magnetna polja mogu da pokrenu snažne izlive i spreče sav materijal da padne u crnu rupu“, rekao je prof. Ore Gottlieb, vođa istraživanja.

Uticaj na astrofiziku i testiranje relativnosti

Ovaj mehanizam objašnjava kako u GW231123 mogu postojati dve crne rupe u masenom jazu, sa različitim masama i rotacijama, i otvara novi put za nastanak prvobrojnih (prvog-porijekla) crnih rupa bez prethodnih spajanja. Događaji takve veličine i masivnosti takođe predstavljaju izuzetne testove Opšte teorije relativnosti, jer ekstremna zakrivljenost prostora-vremena omogućava proveru Einsteinovih jednačina u najjačem režimu gravitacije.

Ako su slični procesi bili česti u ranoj istoriji svemira, oni bi mogli znatno ubrzati formiranje masivnih crnih rupa i uticati na to kako su se prve zvezde i crne rupe razvile u supermasivne objekte koje danas vidimo u središtima galaksija.

Šta očekujemo dalje?

Model pruža predvidive obrasce — naročito korelaciju između mase i rotacije — koje će buduće detekcije gravitacionih talasa moći da potvrde ili opovrgnu. Kako instrumenti postaju osetljiviji i broj detekcija raste, postaće jasno da li je GW231123 retka pojava ili prvi pokazatelj skrivene populacije masivnih, brzo rotirajućih crnih rupa.

Izvor: istraživači predvođeni prof. Oreom Gottliebom (Center for Computational Astrophysics). Podaci o događaju GW231123 zabeleženi su tokom posmatranja gravitacionih talasa u novembru 2023.