Czarna dziura, której nie powinno być. Odkryto, jak to możliwe
Ta czarna dziura nie powinna istnieć, a jednak powstała. Symulacje pokazują, jak pola magnetyczne zmieniają reguły funkcjonowania Wszechświata.
Gdy detektory LIGO zarejestrowały sygnał pochodzący z kolizji dwóch gigantycznych czarnych dziur, astrofizycy wprost zaniemówili. Masa końcowego obiektu była tak duża, że według podręczników nie powinien on w ogóle istnieć. Dziś już wiemy, że to nie był błąd w obliczeniach, lecz konsekwencja działania jednego z najbardziej niedocenianych zjawisk we Wszechświecie, a mianowicie pól magnetycznych.
Zakazane masy i kosmiczna zagadka
Czarne dziury to jedne z najbardziej ekstremalnych bytów we Wszechświecie. Gdy powstają z masywnych gwiazd, ich rozmiary nie są przypadkowe. Istnieje tzw. zakazany przedział masowy między 70 a 140 masami Słońca, w którym czarne dziury nie powinny się w ogóle pojawiać. Dlaczego? W tej masie gwiazda nie zapada się do czarnej dziury, lecz eksploduje w supernowej tak potężnej, że nie zostaje po niej nic.
Tymczasem zarejestrowany latem 2025 r. sygnał GW231123 zdradził coś zdumiewającego: dwie czarne dziury, o masach 137 i 103 mas Słońca, połączyły się w obiekt o masie przekraczającej 225 Słońc. Każda z nich znajdowała się w środku mass gapu, a jednak istniała. Jak to możliwe?
Symulacja, która łamie wszelkie zasady
Jak czytamy na łamach Gizmodo, zespół astrofizyków postanowił prześledzić życie gwiazdy, która mogłaby dać początek takiej zakazanej czarnej dziurze. Ich model zaczynał się od kolosa 250 razy cięższego niż Słońce. W miarę jak gwiazda wypalała wodór i zbliżała się do kresu, traciła masę, jednak nie tylko przez promieniowanie. Istotne okazały się pola magnetyczne i rotacja.
Symulacja pokazała, że wirująca gwiazda, tuż przed wybuchem supernowej, może wygenerować potężne pole magnetyczne. To z kolei wypycha część materii z dala od zapadającego się jądra, i to z prędkością bliską prędkości światła. W efekcie do czarnej dziury trafia znacznie mniej masy, niż zakładano. Zamiast powstać poza przedziałem masowym, czarna dziura odchudza się i mieści w tym zakazanym przedziale. Jak pokazały dalsze symulacje, w skrajnych przypadkach pola magnetyczne mogą zredukować końcową masę czarnej dziury nawet o połowę w porównaniu z jej macierzystą gwiazdą.
Wszystko przez magnetyzm
Do tej pory sądzono, że masa czarnej dziury odzwierciedla masę gwiazdy, z której powstała. Nowe badanie podważa jednak ten dogmat. Okazuje się, że w niektórych warunkach, a konkretniej wtedy, gdy gwiazda szybko się obraca i generuje silne pole magnetyczne, reguły te się zmieniają. To, co wyglądało na naruszenie praw fizyki, okazuje się naturalnym efektem ich złożonej interakcji. Co więcej, zrozumienie tego mechanizmu może pomóc w identyfikacji podobnych czarnych dziur. Energetyczne zjawiska towarzyszące takim supernowym, np. błyski gamma czy transjenty, mogą być sygnałem, że właśnie doszło do magnetycznego odchudzania.
Przeczytaj także:
Odkrycie nie tylko wyjaśnia nietypową obserwację, ale też otwiera nowe pytania. Czy inne czarne dziury poza przedziałem masowym również powstały w ten sposób? Czy pola magnetyczne i rotacja zmieniają los każdej masywnej gwiazdy, czy tylko tych w ekstremalnych warunkach? A przede wszystkim: jak wiele jeszcze nie wiemy o narodzinach tych kosmicznych potworów? Wszechświat wciąż potrafi zaskoczyć.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
