Астрофизиктер 2023 жылы тіркелген қара құрдымдардың пайда болу құпиясын ашты. Жаңа зерттеу олардың пайда болуына магнит өрістерінің әсері себеп болғанын көрсетті — бұл фактор бұрын мұндай модельдерде ескерілмеген еді.

Ерекше соқтығысу және масса жұмбағы

2023 жылы LIGO-Virgo-KAGRA гравитациялық толқын обсерваториялары Жерден шамамен жеті миллиард жарық жылы қашықтықта екі қара құрдымның қосылуын тіркеді. Бұл оқиға GW231123 деп аталды және ғалымдарды тығырыққа тіреді: пайда болған объектілердің массасы мен айналу жылдамдығы бұрынғы теорияларға сәйкес келмеді. Бұрынғы түсініктер бойынша, мұндай сипаттамалары бар қара құрдымдар болмауы керек еді.

Мәселе «массалық алшақтықта» болды. Есептеулерге сәйкес, белгілі бір масса диапазонындағы жұлдыздар өмірінің соңында ерекше типтегі — жұптық тұрақсыздықты — аса жаңа жұлдыз ретінде жарылады. Мұндай жарылыс жұлдызды толықтай жойып, артында қара құрдым да қалдырмайды. Сондықтан астрономдар массасы шамамен 70-тен 140 Күн массасына дейінгі қара құрдымдарды табамыз деп күтпеген. Алайда GW231123 оқиғасындағы объектілер дәл осы диапазонға түсті.

Қара құрдымдардың түзілуіндегі магнит өрістерінің рөлі

Теориялық тұрғыда, қара құрдым «массалық алшақтықта» пайда болуы мүмкін, егер ол екі жеңілдеу объектінің қосылуынан туындаса. Бірақ мұндай оқиғалар әдетте соңғы объектінің айналуын бұзады. GW231123 жағдайында қара құрдымдар барынша жоғары айналу жылдамдығымен айналды, бұл стандартты модельдерде ескерілмеген фактор бар екенін көрсетті.

Астрофизиктер жаппай жұлдыздардың коллапсы кезінде магнит өрістерінің әсері шешуші рөл атқарады деп болжады. Зерттеу нәтижелері The Astrophysical Journal Letters журналында жарияланды.

Компьютерлік модельдеу: екі кезең

Гипотезаны тексеру үшін ғалымдар тобы екі кезеңнен тұратын кешенді компьютерлік модельдеу жүргізді. Алдымен олар бастапқы массасы 250 Күн массасына тең алып жұлдыздың өмірлік циклін бақылады. Коллапс сәтінде жұлдыз заттың бір бөлігін жоғалтып, массасы шамамен 150 Күн массасына дейін азайды — бұл «массалық алшақтықтың» жоғарғы шегінен сәл жоғары, сондықтан жарылыстан кейін қара құрдым қалуы мүмкін еді.

Екінші кезеңде зерттеушілер жұлдыздың айналуы мен магнит өрістерін модельге қосып, коллапстың күрделі симуляциясын жасады. Бұрын қара құрдым пайда болғаннан кейін жұлдыздың қалған заты түгелдей оған құлайды деп есептелген. Жаңа модельдеу басқа көріністі көрсетті: егер жұлдыз тез айналса, оны қоршаған материал бұлт айналмалы дискке айналады.

Магнит өрістері масса мен айналуға қалай әсер етеді

Осы дискідегі магнит өрістері қысым тудырып, заттың бір бөлігін ғарышқа қуатты ағындар — жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалатын джеттер түрінде шығарады. Бұл шығарындылар қара құрдымға жұтылатын материал мөлшерін азайтты. Әсердің күші магнит өрісінің кернеуіне байланысты болды: өріс неғұрлым күшті болса, соғұрлым көп зат сыртқа шығарылды.

Модельдеу нәтижесінде күшті магнит өрістері жұлдыздың бастапқы массасының жартысына дейінгі бөлігін ғарышқа шығарып жіберуі мүмкін екенін көрсетті. Соның салдарынан жаңа туған қара құрдымның соңғы массасы айтарлықтай азайып, ол «массалық алшақтыққа» түседі.

Зерттеу қара құрдым массасы мен оның айналу жылдамдығы арасындағы байланысты да анықтады. Күшті магнит өрістері массаны ғана емес, айналуды да баяулатып, жеңіл әрі баяу айналатын қара құрдымдардың түзілуіне әкеледі. Әлсіз өрістер, керісінше, объектіге көбірек масса жинап, жоғары айналу жылдамдығына жетуге мүмкіндік береді. Бұл сценарий GW231123 жүйесіндегі объектілердің қасиеттерін түсіндіреді.

Бақылаулар үшін жаңа мүмкіндіктер

Ұсынылған механизм сондай-ақ тез айналатын жаппай қара құрдымдардың пайда болуы гамма-сәулелену жарқылдарымен қатар жүруі керек екенін болжайды. Болашақ бақылаулар бұл теорияны тексеруге және Әлемдегі ең экстремалды объектілердің физикасын тереңірек түсінуге көмектеседі.