O fuziune imposibilă între două găuri negre masive a fost, în sfârșit, explicată

Un set cuprinzător de simulări realizate de astrofizicienii de la Institutul Flatiron (New York, SUA) și colaboratorii lor a arătat că, de fapt, câmpurile magnetice sunt responsabile pentru formarea găurilor negre cu mase într-un interval considerat anterior imposibil.

În anul 2023, astronomii au detectat o coliziune uriașă: două găuri negre extrem de masive s-au ciocnit la o distanță estimată de 7 miliarde de ani-lumină. Masele enorme și vitezele de rotație extreme ale acestor găuri negre i-au derutat pe cercetători — asemenea obiecte nu ar fi trebuit să existe.

• De ce mahmureala este mai greu de suportat odată cu vârsta?
• Cât de sănătos este un pahar de vin în fiecare zi?

Acum, astronomii de la Flatiron Institute’s Center for Computational Astrophysics (CCA) și colaboratorii lor au descoperit cum s-ar fi putut forma și ciocni aceste găuri negre. Simulările lor detaliate — care urmăresc sistemul de la viața stelelor „părinte” până la moartea lor — au scos la iveală piesa lipsă pe care studiile anterioare o ignoraseră: câmpurile magnetice.

„Nimeni nu a analizat aceste sisteme așa cum am făcut-o noi. Anterior, astronomii au omis complet câmpurile magnetice,” spune Ore Gottlieb, astrofizician la CCA și autor principal al noului studiu publicat în The Astrophysical Journal Letters. „Dar odată ce iei în considerare câmpurile magnetice, poți explica originea acestui eveniment unic.”

Coliziunea detectată în 2023, denumită acum GW231123, a fost observată de colaborarea LIGO-Virgo-KAGRA folosind detectoare care măsoară unde gravitaționale, adică ondulațiile spațiu-timp provocate de mișcarea obiectelor masive.

Asemenea obiecte nu ar fi trebuit să existe

La acel moment, astronomii nu puteau înțelege cum s-au putut forma asemenea găuri negre rapide și uriașe. Stelele masive, la sfârșitul vieții lor, se prăbușesc și explodează ca supernove, lăsând în urmă găuri negre. Însă dacă o stea are o masă într-un anumit interval, se produce un tip special de supernovă — supernova de instabilitate a perechilor — atât de violentă încât distruge complet steaua, fără a lăsa nimic în urmă.

„Din acest motiv, nu ne așteptăm să se formeze găuri negre cu mase între aproximativ 70 și 140 de mase solare,” explică Gottlieb. „Așa că era derutant să vedem găuri negre în interiorul acestui interval interzis.”

Găurile negre din acest „gol de masă” se pot forma indirect, atunci când două găuri negre mai mici se unesc, dar în cazul GW231123, cercetătorii considerau acest scenariu improbabil: astfel de fuziuni sunt haotice și tind să perturbe rotația rezultatului. Totuși, găurile negre observate erau cele mai rapide văzute vreodată de LIGO, rotind spațiul-timpul din jurul lor aproape cu viteza luminii.

Gottlieb și echipa sa au efectuat două etape de simulări. Prima a urmărit o stea gigantică, de 250 de mase solare, pe tot parcursul vieții sale – de la arderea hidrogenului până la prăbușirea în supernovă. La final, steaua rămânea cu o masă de 150 de mase solare, suficient de mare pentru a lăsa în urmă o gaură neagră.

A doua simulare, mult mai complexă, a inclus câmpurile magnetice și a analizat faza de după supernovă.

O legătură între masa unei găuri negre și viteza sa de rotație

Modelele arată că, dacă steaua inițială se rotește rapid, resturile formează un disc de materie în jurul găurii negre care o face să se rotească tot mai repede. Câmpurile magnetice exercită însă o presiune asupra discului, aruncând o parte din material aproape cu viteza luminii.

Astfel, o parte semnificativă din masa stelei este expulzată, iar gaura neagră finală devine mai mică. În cazurile cu câmpuri magnetice foarte puternice, până la jumătate din masa stelei poate fi pierdută.

„Am descoperit că prezența rotației și a câmpurilor magnetice poate schimba fundamental evoluția post-colaps a unei stele, reducând semnificativ masa finală a găurii negre,” afirmă Gottlieb.

Rezultatele indică și o legătură între masa unei găuri negre și viteza sa de rotație. Câmpurile magnetice puternice încetinesc rotația și reduc masa finală; câmpurile mai slabe duc la găuri negre mai grele și care se rotesc mai repede, scrie EurekAlert.

Simulările arată, de asemenea, că formarea acestui tip de găuri negre produce explozii de raze gamma, care ar putea fi observate, o posibilă confirmare a acestui mecanism.

Dacă aceste conexiuni se confirmă, astronomii ar putea înțelege mai profund fizica fundamentală a găurilor negre.

Vă mai recomandăm să citiți și:

O undă gravitațională record dezvăluie două găuri negre care s-au ciocnit în trecut

Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat două găuri negre care se orbitează una pe alta

Astronomii au auzit, în premieră, sunetul unei găuri negre „aruncate” prin spațiu

Cel mai extrem sistem dublu de găuri negre descoperit vreodată