В 2023 году детекторы гравитационных волн коллаборации LIGO-Virgo-KAGRA зафиксировали столкновение двух черных дыр на расстоянии 7 миллиардов световых лет от Земли. Событие, получившее обозначение GW231123, поставило ученых в тупик: массы и скорости вращения этих черных дыр не вписывались в существующие теории. Они вращались почти со скоростью света, буквально закручивая вокруг себя пространство-время, а их массы попадали в так называемый «запрещенный диапазон».
Дело в том, что когда массивные звезды умирают, они обычно взрываются как сверхновые и оставляют после себя черные дыры. Но звезды определенной массы превращаются в объекты особого типа — парно-нестабильные сверхновые. Их взрыв настолько мощный, что полностью уничтожает звезду, не оставляя после себя ничего. Именно поэтому черные дыры с массой от 70 до 140 солнечных масс просто не должны существовать. Но масса объектов, зарегистрированных в событии GW231123, оказалась именно в этом промежутке.
Чтобы разгадать загадку, команда ученых из США смоделировала жизнь звезды примерно в 250 солнечных масс. К моменту коллапса она «похудела» до 150 солнечных масс, что все еще слишком много для классических моделей. Ключевым оказался следующий этап: ученые включили действие магнитных полей при падении газа в новорожденную черную дыру. Магнитное давление оказалось способно выбрасывать значительную часть вещества — до половины первоначальной массы звезды — наружу. Это замедляло вращение и формировало объект нужной массы именно в диапазоне «запрещенного» разрыва.
«Никто не рассматривал эти системы так, как мы. Ранее астрономы просто шли по короткому пути и пренебрегали магнитными полями», — объясняет соавтор работы Оре Готтлиб, специалист Центра вычислительной астрофизики при Институте Флэтайрона. «Но как только вы учитываете магнитные поля, вы действительно можете объяснить происхождение этого уникального события. Мы обнаружили, что присутствие вращения и магнитных полей может фундаментально изменить эволюцию звезды после коллапса, делая массу черной дыры потенциально значительно меньше общей массы коллапсирующей звезды».
Исследование также выявило связь между массой черной дыры и скоростью ее вращения: сильные магнитные поля создают более легкие и медленно вращающиеся черные дыры, а слабые — более тяжелые и быстрые. Моделирование показало, что при формировании таких черных дыр должны возникать гамма-всплески, которые можно наблюдать. Поиск этих сигналов поможет подтвердить предложенный механизм и понять, насколько распространены настолько массивные черные дыры во Вселенной.
Ранее ученые объяснили, что произойдет, если человек упадет в черную дыру.
