Черные дыры — одни из самых загадочных объектов во Вселенной. Из-за сильной гравитации из них ничто не может выбраться, но иногда они вдруг выбрасывают мощные струи заряженных частиц, сопровождающиеся гамма-всплесками такой энергии, какую Солнце не может выработать за всю свою жизнь. Такие экстремальные события были бы невозможны без мощного магнитного поля. Откуда оно у черных дыр — оставалось неясным.
В Институте Flatiron в Нью-Йорке нашли ответ, проведя моделирование коллапса звезды в черную дыру. Результатами исследователи поделились в Astrophysical Journal Letters в статье с несколько нетипичным названием: «У нее волосы как у матери».
Ученые предполагали, что черные дыры наследуют магнитное поле от родительских звезд. Но ни одна из описывающих этот процесс теорий не могла объяснить мощность струй и гамма-всплесков.
«Раньше считалось, что магнитные поля умирающих звезд коллапсируют в черную дыру. Во время этого коллапса магнитные линии сгущаются, поэтому плотность магнитных полей растет», — объясняет Оре Готтлиб из Центра вычислительной астрофизики Flatiron.
Проблема с этим объяснением в том, что сильный магнетизм в звезде заставляет ее замедлять вращение. А без быстрого вращения новорожденная черная дыра не могла бы сформировать аккреционный диск и испускать джеты и гамма-всплески, которые мы наблюдаем.
Предыдущие моделирования коллапса звезд не давали полной картины, догадались ученые: в них рассматривались отдельно нейтронные звезды и отдельно черные дыры.
«Однако мы обнаружили, что нейтронные звезды тоже имеют собственные аккреционные диски, как и черные дыры. И поэтому идея заключается в том, что, возможно, аккреционный диск может сохранить магнитное поле нейтронной звезды», — продолжает ученый.
В ходе коллапса светило проходит стадию быстро вращающейся протонейтронной звезды. Вокруг нее образуется аккреционный диск, который при дальнейшем сжатии словно фиксирует линии магнитного поля в формирующейся черной дыре.
«Мы провели расчеты для типичных значений, которые ожидаем увидеть в этих системах, и в большинстве случаев сроки формирования диска черной дыры короче, чем время потери ею своего магнетизма. Таким образом, диск позволяет черной дыре унаследовать магнитное поле от своей матери — нейтронной звезды», — резюмирует Готтлиб.
Он очень доволен итогами работы, которая, по его словам, была бы невозможной без «междисциплинарного сотрудничества» и «щедрых вычислительных ресурсов» института.