Astronomové byli dlouho konfrontováni se záhadnou gravitační vlnou zaznamenanou v roce 2023 – kolizí dvou černých děr, která byla v rozporu s dosavadními představami o tom, jak se tvoří tak masivní a rychle rotující objekty. Záhada byla nakonec vyřešena díky sofistikovaným počítačovým modelům, které odhalují zásadní roli magnetických polí při formování těchto kosmických obrů.
V listopadu 2023 detekovaly pozemní detektory jako LIGO, Virgo a KAGRA fluktuace v čase a prostoru zvané gravitační vlny. Signál označený GW231123 naznačoval srážku dvou černých děr, které se nacházejí přibližně 7 miliard světelných let daleko. Ale vlastnosti těchto černých děr astronomy zmátly: každá z nich měla hmotnost asi 100 až 140krát větší než hmotnost našeho Slunce a rotovala rychlostí blízkou rychlosti světla.
v čem je problém? Současné teorie říkají, že hvězdy s dostatečnou hmotností, aby se zhroutily do černých děr s tak neobvyklými hmotnostmi, by měly explodovat jako „supernovy párové nestability“. Tyto katastrofické události jsou tak silné, že po sobě ani nic nezanechají, natož černou díru. Vědci proto neočekávali, že by se černé díry vytvořily v hmotnostním rozmezí asi 70 až 140 hmotností Slunce.
Ačkoli černé díry mohou existovat v této “masové mezeře” po sloučení existujících menších černých děr, v tomto případě to pravděpodobně nebude možné. Fúze narušují rotaci černé díry, ale srážející se objekty v GW231123 se otáčely neuvěřitelně rychle – svou teoretickou maximální rychlostí rotace. To znamenalo, že muselo jít o něco úplně jiného.
Tým vedený astrofyzikem Orem Gottliebem z Centra výpočetní astrofyziky Flatiron Institute (CCA) se tohoto úkolu ujal spuštěním složitých počítačových modelů vývoje hvězd a supernov. Jejich hlavní jídlo? Role magnetických polí v posledních okamžicích života hvězdy.
Magnetická pole přepisují skript
Předchozí studie v těchto extrémních scénářích magnetická pole často opomíjely. Gottlieb a jeho tým je začlenili do svých modelů a odhalili fascinující zvrat: magnetická pole mohou významně ovlivnit, jak se zbývající materiál hvězdy chová po supernově.
Simulovali smrt hmotné hvězdy s hmotností asi 250krát větší než Slunce a sledovali, jak ztratí většinu své hmoty, než se zhroutí a vytvoří černou díru. Poté ve složitější simulaci vzali v úvahu rotující magnetická pole přítomná v rozpínajícím se oblaku trosek obklopujících nově vzniklou černou díru.
“Zjistili jsme, že tato magnetická pole mohou vytlačit část tohoto zbývajícího materiálu téměř rychlostí světla,” vysvětlil Gottlieb. Čím rychleji se hvězda otáčela a čím silnější byla magnetická pole, tím účinněji mohla být hmota odmítnuta.
Tento proces odmítnutí ve skutečnosti snižuje hmotnost přenesenou do černé díry. To znamená, že i hmotná předchůdkyně může za sebou zanechat relativně menší černou díru v zakázaném hmotnostním rozsahu. Simulace ukázala, že za určitých podmínek by mohla být vyvržena polovina původní hmoty hvězdy!
Nová éra v chápání černých děr
Objev má dalekosáhlé důsledky pro naše chápání vzniku a vývoje černých děr. Předpokládá:
- Vztah mezi hmotou, spinem a magnetismem: Silnější magnetická pole mohou produkovat lehčí, pomaleji rotující černé díry, zatímco slabší pole mohou produkovat masivnější, rychleji rotující díry. Toto spojení otevírá nové cesty pro průzkum.
- Testování záblesků gama: Simulace předpovídají, že vznik těchto zakázaných hromadných černých děr by měl doprovázet záblesk gama paprsků, světla s vysokou energií, které lze na Zemi detekovat. Objev takové exploze by poskytl silný důkaz na podporu tohoto modelu.
Záhada GW231123 byla vyřešena, ale vyvolává ještě zajímavější otázky o složité souhře magnetických polí a gravitace během dramatických posledních okamžiků života hmotných hvězd. Ukazuje, jak zdánlivě „nemožné“ události mohou odhalit úžasné pravdy o nejzáhadnějších objektech ve vesmíru.
