Чёрные дыры, известные своей способностью поглощать всё вокруг, также могут выбрасывать мощные джеты заряженных частиц, вызывая взрывные всплески гамма-лучей. Однако происхождение магнитных полей, необходимых для этих событий, оставалось загадкой. Новое исследование, проведённое учеными из Института Флэтайрон, проливает свет на этот вопрос.

Исследователи обнаружили, что магнитные поля чёрных дыр берут свое начало в коллапсирующих родительских звёздах. Когда звезда взрывается как сверхновая, она оставляет после себя плотное остаточное ядро, называемое протонейтронной звездой.

«Протонейтронные звёзды являются прародителями чёрных дыр Мы видим, что по мере формирования новой чёрной дыры окружающий протонейтронную звезду диск по сути прикрепляет её магнитные линии к чёрной дыре», — объясняет Оре Готтлиб, главный автор исследования и научный сотрудник Центра вычислительной астрофизики (CCA) Института Флэтайрон в Нью-Йорке.

3D-рендеринг быстро вращающегося аккреционного диска чёрной дыры и результирующего джета, питаемого чёрной дырой. Источник: Ore Gottlieb et al. (2024)

Ранее считалось, что магнитные поля коллапсирующих звёзд оставляют после себя чёрную дыру, становясь сильнее по мере сжатия. Однако это объяснение не могло объяснить мощность джетов и гамма-всплесков чёрной дыры, поскольку сильный магнетизм в звезде заставляет её терять вращение, что препятствует формированию аккреционного диска — потока газа, плазмы, пыли и частиц вокруг чёрной дыры.

Учёные поняли, что предыдущие моделирования коллапса нейтронных звёзд не давали полной картины. «Предыдущие моделирования рассматривали только изолированные нейтронные звёзды и изолированные чёрные дыры, в которых весь магнетизм теряется во время коллапса. Однако мы обнаружили, что эти нейтронные звёзды имеют собственные аккреционные диски, как и чёрные дыры», — говорит Готтлиб.

Расчёты группы показали, что при коллапсе нейтронной звезды, прежде чем всё её магнитное поле будет поглощено образованной чёрной дырой, диск нейтронной звезды наследуется чёрной дырой, а её линии магнитного поля становятся фиксированными.

Мы провели расчёты для типичных значений, которые ожидаем увидеть в этих системах, и в большинстве случаев временные рамки для формирования диска чёрной дыры короче, чем временные рамки потери чёрной дырой своего магнетизма. Таким образом, диск позволяет чёрной дыре унаследовать магнитное поле от своей родительской нейтронной звезды. Это исследование меняет наше представление о том, какие типы систем могут поддерживать формирование джетов, потому что если мы знаем, что аккреционные диски подразумевают магнетизм, то в теории всё, что нужно, — это раннее формирование диска для питания джетов.

Говорит Готтлиб

Подробнее на iXBT