Магнитное поле способно остановить рост черной дыры внутри звезды и предотвратить её гибель
Центр нашей галактики представляет собой место с экстремальными условиями. Вокруг сверхмассивной черной дыры Стрелец А* звезды расположены настолько плотно, что гравитация, радиация и темная материя вступают в сложные взаимодействия. Эта область является естественной лабораторией для проверки фундаментальных идей астрофизики, однако она же преподносит ученым загадку.
Ожидается, что компактные звезды, такие как нейтронные звезды и белые карлики, со временем накапливают темную материю, особенно в столь плотной среде. При определенных условиях это накопление может запустить формирование крошечной черной дыры в самом центре звезды. После образования такая черная дыра начинает расти, поглощая окружающее звездное вещество. Предполагаемый результат драматичен: звезда постепенно пожирается изнутри и в конечном итоге полностью коллапсирует в черную дыру. Если бы эта картина была полной, многие компактные звезды в галактическом центре уже должны были бы быть уничтожены. Однако наблюдения говорят об обратном.
Некоторые звезды явно выживают, в то время как другие, судя по всему, исчезают. Этот неравномерный исход порождает фундаментальный вопрос: что именно определяет, погибнет звезда или выживет в таких условиях? Особенно интригующую подсказку дает магнетар PSR J1745-2900, расположенный поразительно близк к Стрельцу А*. Магнетары — это нейтронные звезды с чрезвычайно сильными магнитными полями, и данный объект является одновременно сильно намагниченным и стабильным. Его выживание трудно согласовать с ожиданием быстрого разрушения из-за внутреннего роста черной дыры. В то же время есть свидетельства избытка сильно намагниченных белых карликов вблизи галактического центра. Напротив, обычные пульсары — нейтронные звезды со сравнительно слабыми магнитными полями — представлены недостаточно, что является давней проблемой, известной как «проблема недостающих пульсаров». В совокупности эти наблюдения подсказывают, что не все звезды разделяют одну и ту же судьбу. Что-то должно влиять на исход.
Естественным кандидатом на эту роль является магнетизм. Компактные звезды могут обладать одними из самых сильных магнитных полей во Вселенной. Во многих астрофизических средах магнитные поля регулируют движение материи, особенно в процессах аккреции. Они могут направлять, перераспределять или даже подавлять поток вещества на компактные объекты. Это поднимает важную возможность: могут ли магнитные поля также влиять на рост черной дыры, формирующейся внутри звезды? В недавней работе, в журнале The European Physical Journal C, эта возможность была подробно исследована.
Центральная идея заключается в том, что если небольшая черная дыра образуется в ядре сильно намагниченной звезды, она растет не в изоляции. Вместо этого она оказывается погруженной в среду, где магнитные силы значительны. Эти поля создают давление и натяжение, которые противодействуют направленному внутрь потоку материи к черной дыре. В результате процесс аккреции — механизм, движущий рост черной дыры — может быть существенно ослаблен. В этой картине черная дыра все еще может образоваться, но ее рост эффективно замедляется или даже останавливается. Вместо неконтролируемого процесса неизбежного поглощения звезды система становится регулируемой. Звезда может выживать в течение гораздо более длительных периодов времени, оставаясь наблюдаемой. Данный механизм получил название магнитно-остановленной трансмутации (Magnetically Arrested Transmutation, MAT).
MAT предлагает естественный способ понять противоречивые наблюдения в галактическом центре. Звезды с сильными внутренними магнитными полями, такие как магнетары или сильно намагниченные белые карлики, могут быть защищены от быстрого разрушения. Их магнитные поля действуют как барьер, ограничивающий рост любой черной дыры, образующейся внутри них. С другой стороны, звезды с более слабыми магнитными полями могут не иметь такой защиты, что делает их более уязвимыми для пожирания изнутри. Таким образом, магнитные поля могут эффективно решать судьбу компактных звезд в экстремальных условиях.
Этот взгляд также предлагает новый способ думать о черных дырах. Их часто описывают как безжалостных пожирателей материи, растущих всякий раз, когда материал доступен. Однако среда, в которой находится черная дыра, может играть решающую роль. В сильно намагниченных системах рост не гарантирован. Напротив, он может подавляться самими условиями, окружающими черную дыру. Последствия выходят за рамки отдельных звезд. Если магнитные поля влияют на выживаемость, они могут формировать популяцию компактных объектов, наблюдаемых вблизи галактического центра. Кажущийся дефицит обычных пульсаров, выживание таких магнетаров, как PSR J1745-2900, и присутствие намагниченных белых карликов — все это может быть связано единым лежащим в основе механизмом.