Crne rupe su jedan od najzagonetnijih zvezdanih objekata. Iako su najpoznatiji po tome što gutaju svoju okolinu u gravitaciju iz koje ništa ne može da pobegne, oni takođe mogu da ispucavaju moćne mlazove naelektrisanih čestica, što dovodi do eksplozivnih rafala gama zraka koji mogu osloboditi više energije u samo nekoliko sekundi nego što će naše sunce emitovati u ceo svoj životni vek.
Da bi se desio tako spektakularan događaj, crna rupa treba da nosi snažno magnetno polje. Odakle dolazi ovaj magnetizam, međutim, dugo je bila misterija.
Koristeći proračune formiranja crnih rupa, naučnici sa Instituta Flatiron i njihovi saradnici konačno su pronašli poreklo tih magnetnih polja: matične zvezde crnih rupa koje se urušavaju. Istraživači su objavili svoje rezultate 18. novembra u The Astrophisical Journal Letters.
Crne rupe se mogu formirati nakon što zvezda eksplodira kao supernova, ostavljajući za sobom gusto ostatke jezgra koje se naziva protoneutronska zvezda.
„Protoneutronske zvezde su majke crnih rupa u tome što kada se one sruše, crna rupa se rađa. Ono što vidimo je da kako se ova crna rupa formira, okolni disk protoneutronske zvezde će u suštini zakačiti svoje magnetne linije za crna rupa“, kaže Ore Gottlieb, prvi autor studije i naučni saradnik u Centru za računarsku astrofiziku Instituta Flatiron (CCA) u Njujorku.
„Veoma je uzbudljivo konačno razumeti ovo osnovno svojstvo crnih rupa i kako one pokreću rafale gama zraka – najsjajnije eksplozije u univerzumu.
Gotlib je bio koautor studije sa kolegama istraživačima CCA Brajanom Mecgerom, Džaredom Goldbergom, Mateom Kantielom i Matjeom Rencom.
Tim je u početku imao za cilj da modelira putovanje zvezde od rođenja do kolapsa do formiranja crne rupe. Sa svojim simulacijama, tim je planirao da proučava odlive iz crne rupe, poput mlazova koji stvaraju rafale gama zraka. Međutim, Gotlibov tim je naišao na problem sa modelima.
„Nismo bili sigurni kako da modeliramo ponašanje ovih magnetnih polja tokom kolapsa neutronske zvezde u crnu rupu“, kaže Gottlieb. „Dakle, ovo je bilo pitanje o kojem sam prvi put počeo da razmišljam.
Postojalo je nekoliko teorija oko crnih rupa i njihovog magnetizma, ali izgleda da nijedna nije bila u skladu sa snagom mlaza crne rupe i rafala gama zraka.
„Ono što se mislilo da je slučaj je da se magnetna polja kolabirajućih zvezda urušavaju u crnu rupu“, kaže Gotlib. „Tokom ovog kolapsa, ove linije magnetnog polja postaju jače kako se kompresuju, tako da gustina magnetnih polja postaje veća.“
Problem sa tim objašnjenjem je bio da jak magnetizam u zvezdi uzrokuje da zvezda izgubi svoju rotaciju. A bez brze rotacije, novorođena crna rupa ne može da formira akrecioni disk – tok gasa, plazme, prašine i čestica oko crne rupe – i ne može da proizvede mlazove i rafale gama zraka koje smo primetili.
„Čini se da se to međusobno isključuje“, kaže Gotlib. „Potrebne su vam dve stvari da bi se mlazovi formirali: jako magnetno polje i akrecioni disk. Ali magnetno polje dobijeno takvom kompresijom neće formirati akrecioni disk, a ako smanjite magnetizam do tačke u kojoj se disk može formirati, onda nije dovoljno jak da proizvede mlaznice.“
To je značilo da se nešto drugo dešava, a naučnici su želeli da otkriju šta je to tako što su otišli pravo do izvora: roditelja crne rupe.
Otkrijte najnovije u nauci, tehnologiji i prostoru sa preko 100.000 pretplatnika koji se oslanjaju na Phis.org za dnevne uvide.
Prijavite se za naš besplatni bilten i dobijajte novosti o otkrićima,
inovacije i istraživanja koja su važna – dnevno ili nedeljno.
Naučnici su shvatili da možda prethodne simulacije kolapsa neutronskih zvezda nisu davale punu sliku.
„Prošle simulacije su razmatrale samo izolovane neutronske zvezde i izolovane crne rupe, gde se sav magnetizam gubi tokom kolapsa. Međutim, otkrili smo da ove neutronske zvezde imaju sopstvene akrecione diskove, baš kao i crne rupe“, kaže Gotlib.
„I tako, ideja je da možda akrecioni disk može spasiti magnetno polje neutronske zvezde. Na ovaj način će se formirati crna rupa sa istim linijama magnetnog polja koje su provlačile neutronsku zvezdu.“
Proračuni tima su pokazali da kako se neutronska zvezda kolabira, pre nego što novoformirana crna rupa proguta svo njeno magnetno polje, disk neutronske zvezde nasleđuje crna rupa i njene linije magnetnog polja postaju usidrene.
„Izvršili smo proračune za tipične vrednosti koje očekujemo da ćemo videti u ovim sistemima, i u većini slučajeva, vremenski okvir za formiranje diska crne rupe je kraći od vremena kada crna rupa gubi svoj magnetizam“, kaže Gotlib. „Dakle, disk omogućava crnoj rupi da nasledi magnetno polje od svoje majke, neutronske zvezde.“
Gotlib je uzbuđen zbog novog otkrića ne samo zato što rešava dugogodišnju misteriju, već i zato što otvara vrata za dalja proučavanja mlaznjaka.
„Ova studija menja način na koji razmišljamo o tome koji tipovi sistema mogu da podrže formiranje mlaza, jer ako znamo da akrecioni diskovi impliciraju magnetizam, onda je u teoriji sve što vam treba je rano formiranje diska za pokretanje mlaznjaka“, kaže on. „Mislim da bi nam bilo zanimljivo da preispitamo sve veze između populacija zvezda i formiranja mlaza sada kada to znamo.
Gottlieb pripisuje zasluge timskoj nauci i sposobnostima u CCA za omogućavanje ovog rada.
„Ovo je bila multidisciplinarna saradnja koja nam je omogućila da se pozabavimo ovim pitanjem iz različitih pravaca i formiramo koherentnu sliku evolucije zvezde nakon kolapsa“, kaže on.
„A velikodušni računarski resursi CCA-a nam omogućavaju da izvodimo simulacije kolapsa doslednije nego što je to ikada ranije urađeno. Mislim da su ova dva aspekta dovela do inovativnog pristupa.“
