FUZIONAREA ‘IMPOSSIBILĂ’ A DOUĂ GĂURI NEGRE MASIVE EXPLICATĂ
În anul 2023, astronomii au detectat o coliziune uriașă între două găuri negre de o masă fără precedent, situate la aproximativ 7 miliarde de ani lumină distanță. Această coliziune a stârnit confuzie în rândul oamenilor de știință, deoarece astfel de găuri negre nu ar fi trebuit să existe, având în vedere dimensiunile și vitezele lor de rotație extrem de mari.
În prezent, cercetătorii de la Centrul pentru Astrofizică Computațională al Institutului Flatiron și colaboratorii lor au reușit să formuleze un model explicativ pentru formarea și fuzionarea acestor găuri negre. Prin simulările detaliate, care au urmărit evoluția veditelor stele parente până la moartea lor finală, aceștia au descoperit un element crucial pe care studiile anterioare l-au ocolit: câmpurile magnetice.
Ore Gottlieb, astrofizician la CCA și autor principal al studiului publicat în The Astrophysical Journal Letters, a subliniat că analiza lor a fost inovatoare, având în vedere că majoritatea astronomilor nu au luat în considerare câmpurile magnetice în modelele lor anterioare. Această abordare permite înțelegerea originii acestui eveniment unic.
DETECTAREA FUSIONĂRII
Coliziunea observată, acum cunoscută sub numele de GW231123, a fost identificată de colaborarea LIGO-Virgo-KAGRA, care utilizează detectoare pentru a măsura undele gravitaționale, derivate din mișcarea obiectelor masive. La vremea respectivă, astronomii erau incapabili să explice cum un astfel de sistem de găuri negre de dimensiuni mari și rotație rapidă ar fi putut avea loc.
În mod obișnuit, stelele masive ajung la finalul vieții prin colaps și explodare sub formă de supernova, lăsând în urmă o gaură neagră. Totuși, în cazul în care o stea cade într-un interval specific de masă, se produce o supernova specială, numită supernova de instabilitate a perechilor, atât de violentă încât steaua este complet distrusă, fără să lase nimic în urmă.
Cresterea proporției de găuri negre cu mase intermediare între 70 și 140 de ori masa Soarelui a fost o surpriză, deoarece aceste găuri negre nu ar fi trebuit să se formeze în mod normal. De obicei, formarea găurilor negre în acest interval de masă ar avea loc indirect, prin fuziunea a două găuri negre pentru a crea una mai mare. Dar în cazul GW231123, știința a considerat acest lucru improbabil. Procesul fuzional între găurile negre este extrem de haotic și, de obicei, disruptiv pentru spinul resultant.
SIMULĂRI COMPLEXE ȘI MAGNETISM
Gottlieb și colaboratorii săi au realizat două etape de simulări computaționale pentru a înțelege mai bine formarea acestui sistem. Prima simulare a inclus o stea gigantă de 250 de ori masa Soarelui, urmărind evoluția sa până la colapsul final. Pe parcursul vieții, aceasta a ars suficient combustibil pentru a ajunge la o masă de 150 de ori masa Soarelui, suficientă pentru a forma o gaură neagră.
În a doua simulare, au fost incluse câmpurile magnetice pentru a evalua efectul acestora asupra rămășițelor supernova. Rezultatele au arătat că, în cazul unei stele care se rotea rapid, detritusul rezultat ar forma un disc de materie în jurul găurii negre, sporind viteza de rotație a acesteia pe măsură ce materialul cădea în abisul său.
Însă, prezența câmpurilor magnetice modifică acest mecanism; ele exersează o presiune asupra discului de detritus, suficientă pentru a ejecta o parte din material către exterior, la viteze apropiate de cea a luminii. Această ejectare reduce masa pe care gaura neagră o poate acumula.
IMPLICAȚIILE DESCOPERIRII
Aceste simulări sugerează că există o legătură între masa unei găuri negre și viteza sa de rotație. Astfel, câmpurile magnetice puternice pot încetini o gaură neagră și să transporte o parte din masa stellară, generând găuri negre mai ușoare și cu o rotație mai lentă. Aceasta indicierează un model care leagă masa și spinul găurilor negre.
Deși la ora actuală astronomii nu au identificat alte sisteme de găuri negre care să permită testarea observațională a acestei conexiuni, speranțele sunt că viitoarele observații vor oferi mai multe dovezi. Simulările sugerează, de asemenea, că formarea acestor tipuri de găuri negre ar putea genera explozii de raze gamma, care ar putea fi observabile, oferind un alt indiciu despre procesul de formare și frecvența acestor găuri negre masive în univers.
Dacă această conexiune va fi confirmată, astronomii vor obține o înțelegere mai profundă a fizicii fundamentale a găurilor negre.
Informații suplimentare pot fi găsite în lucrarea lui Ore Gottlieb și colaboratorilor săi, publicată în The Astrophysical Journal Letters.
