|
Черные дыры наследуют магнитные поля от родительских звезд
|
|
|
|
Черные дыры - одни из самых загадочных звездных объектов. Хотя они больше всего известны тем, что превращают свое окружение в гравитационную яму, из которой ничто не может вырваться, они также могут выбрасывать мощные струи заряженных частиц, приводящие к взрывным вспышкам гамма-лучей, которые за считанные секунды могут высвободить больше энергии, чем наше солнце испустит за всю свою жизнь.
|
|
|
|
Чтобы произошло такое впечатляющее событие, черная дыра должна обладать мощным магнитным полем. Однако, откуда берется этот магнетизм, долгое время оставалось загадкой.
|
|
|
|
Используя расчеты формирования черных дыр, ученые из Института Флэтайрона и их коллеги, наконец, выяснили источник этих магнитных полей: коллапсирующие родительские звезды самих черных дыр. Исследователи сообщают о своих результатах 18 ноября в Astrophysical Journal Letters.
|
|
|
|
Черные дыры могут образовываться после того, как звезда взрывается как сверхновая, оставляя после себя плотное остаточное ядро, называемое протонейтронной звездой.
|
|
|
|
"Протонейтронные звезды являются матерями черных дыр в том смысле, что при их коллапсе рождается черная дыра. Мы видим, что по мере формирования этой черной дыры окружающий диск протонейтронной звезды, по сути, будет притягивать ее магнитные линии к черной дыре", - говорит Руд Готлиб, первый автор исследования и научный сотрудник Центра вычислительной астрофизики Института Флэтайрона (CCA) в Нью-Йорке Город.
|
|
|
|
|
|
|
"Очень интересно наконец—то понять это фундаментальное свойство черных дыр и то, как они питают гамма-всплески - самые яркие взрывы во Вселенной".
|
|
|
|
Готлиб был соавтором исследования с коллегами-исследователями CCA Брайаном Мецгером, Джаредом Голдбергом, Маттео Кантьелло и Матье Ренцо.
|
|
Загадка магнетизма
|
|
|
|
Изначально команда стремилась смоделировать путь звезды от рождения до коллапса и образования черной дыры. С помощью своего моделирования команда планировала изучить потоки воздуха из черной дыры, подобные струям, которые генерируют гамма-всплески. Однако команда Готлиба столкнулась с проблемой, связанной с моделями.
|
|
|
|
"Мы не были уверены, как смоделировать поведение этих магнитных полей во время коллапса нейтронной звезды в черную дыру", - говорит Готлиб. "Итак, это был вопрос, над которым я впервые задумался".
|
|
|
|
Существовало несколько теорий, связанных с черными дырами и их магнетизмом, но ни одна из них, казалось, не сходилась при объяснении мощности струй черной дыры и гамма-всплесков.
|
|
|
|
"Считалось, что магнитные поля коллапсирующих звезд сжимаются в черную дыру", - говорит Готлиб. "Во время коллапса эти силовые линии магнитного поля становятся сильнее по мере их сжатия, поэтому плотность магнитных полей становится выше".
|
|
|
|
Проблема с этим объяснением заключалась в том, что сильный магнетизм в звезде приводит к тому, что звезда теряет свое вращение. А без быстрого вращения новорожденная черная дыра не может сформировать аккреционный диск — поток газа, плазмы, пыли и частиц вокруг черной дыры — и не могла бы породить струи и гамма-всплески, которые мы наблюдали.
|
|
|
|
"Это, по-видимому, взаимоисключающие явления", - говорит Готлиб. "Для формирования струй необходимы две вещи: сильное магнитное поле и аккреционный диск. Но магнитное поле, создаваемое таким сжатием, не сформирует аккреционный диск, и если вы уменьшите магнетизм до такой степени, что диск сможет сформироваться, то оно будет недостаточно сильным для образования струй".
|
|
|
|
Это означало, что происходит что-то еще, и ученые стремились выяснить, что именно, обратившись непосредственно к источнику: родительнице черной дыры.
|
|
|
|
Магнитный источник черной дыры - нейтронная звезда
|
|
|
|
Ученые поняли, что, возможно, предыдущие модели коллапсирующих нейтронных звезд не давали полной картины.
|
|
|
|
"В предыдущих моделях рассматривались только изолированные нейтронные звезды и изолированные черные дыры, в которых во время коллапса теряется весь магнетизм. Однако мы обнаружили, что у этих нейтронных звезд есть свои собственные аккреционные диски, как и у черных дыр", - говорит Готлиб.
|
|
|
|
"Итак, идея заключается в том, что, возможно, аккреционный диск может сохранить магнитное поле нейтронной звезды. Таким образом, образуется черная дыра с теми же линиями магнитного поля, которые пронизывают нейтронную звезду".
|
|
|
|
Расчеты команды показали, что когда нейтронная звезда коллапсирует, прежде чем все ее магнитное поле поглощается вновь образовавшейся черной дырой, диск нейтронной звезды наследуется черной дырой, а линии ее магнитного поля закрепляются.
|
|
|
|
"Мы провели расчеты для типичных значений, которые мы ожидаем увидеть в этих системах, и в большинстве случаев сроки формирования диска черной дыры короче, чем сроки потери черной дырой своего магнетизма", - говорит Готлиб. "Таким образом, диск позволяет черной дыре унаследовать магнитное поле от своей матери, нейтронной звезды".
|
|
Последствия для космоса
|
|
|
|
Готлиб в восторге от нового открытия не только потому, что оно раскрывает давнюю тайну, но и потому, что открывает двери для дальнейших исследований реактивных двигателей.
|
|
|
|
"Это исследование меняет наши представления о том, какие типы систем могут поддерживать образование струй, потому что, если мы знаем, что аккреционные диски предполагают наличие магнетизма, то теоретически все, что вам нужно, - это раннее формирование диска для создания струй", - говорит он. "Я думаю, нам было бы интересно переосмыслить все связи между популяциями звезд и образованием реактивных струй теперь, когда мы это знаем".
|
|
|
|
Готлиб благодарит команду ученых и возможности CCA за то, что они сделали эту работу возможной.
|
|
|
|
"Это было междисциплинарное сотрудничество, которое позволило нам рассмотреть этот вопрос с разных сторон и сформировать целостную картину эволюции звезды после коллапса", - говорит он.
|
|
|
|
- А щедрые вычислительные ресурсы CCA позволяют нам проводить моделирование обрушения более последовательно, чем когда-либо прежде. Я думаю, что эти два аспекта привели к инновационному подходу".
|
|
|
|
Источник
|
