Kahe musta augu ühinemine, mis registreeriti mõned aastad tagasi, raputas kogu astronoomiamaailma. Signaal saabus meieni umbes seitsme miljardi valgusaasta kauguselt ning osutas kokkupõrkele, mis ei sobitunud ühegi seni tuntud füüsikaseadusega. Mõlemad mustad augud pöörlesid peaaegu valguse kiirusega ja nende mass jäi vahemikku, mida peeti teoreetiliselt võimatuks.
Kui ülisuured tähed oma elukaare lõpetavad, plahvatavad enamik neist supernoovana ja jätavad järele musta augu. Kuid tähed, mille mass jääb vahemikku umbes 70–140 Päikese massi, surevad hoopis teisel viisil. Neid tabab nn paarilise ebastabiilsuse supernoova, mis hävitab tähe täielikult.
Sellised tähed ei jäta endast mitte midagi järele. Ei neutrontähe tuuma, ei musta auku – vaid tühja ruumi. Seetõttu peetakse „GW231123“ nime all tuntud kokkupõrget näiliselt võimatuks nähtuseks, sest mõlemad mustad augud kuulusid massivahemikku, mida looduses ei peaks üldse eksisteerima.
Ebatavaliselt kiire pöörlemine ja varjatud mõistatus
Astronoomid arvasid pikka aega, et võimalik seletus peitub teise põlvkonna mustades aukudes – objektides, mis on tekkinud varasemate mustade aukude ühinemiste tulemusena. Sellised protsessid mõjutavad aga pöörlemissuunda ja -kiirust kaootiliselt. Seetõttu on väga väike tõenäosus, et kaks niisugust musta auku kohtuvad ja ühinevad veel kord.
Flatironi instituudi teadlaste meeskond leidis aga olulise lüli, mida varasemad mudelid eirasid. Selgus, et võtmerolli mängivad magnetväljad, mis ümbritsevad hiidtähti nende elu viimastel hetkedel. Nende väljade mõju oli seni drastiliselt alahinnatud.
Et mõista tegelikku protsessi, viidi läbi põhjalikud arvutisimulatsioonid. Nendes jälgiti tähte, mille mass oli umbes 250 korda suurem kui Päikesel, kogu selle eluea jooksul. Mudelid näitasid, et täht kaotab massi kuni ligikaudu 150 Päikese massini, seejärel variseb kokku ja moodustab äsja sündinud musta augu ümber hiiglasliku ketta.
Kuidas magnetväljad muudavad mustade aukude saatust?
Seda ümbritsev ketas koosneb tulikuumast ainest ja erakordselt tugevast magnetväljast. Tavaliselt „toidab“ selline ketas musta auku, lastes ainet selle sisse langeda. Magnetväli võib aga kogu protsessi täielikult ümber pöörata.
Magnetism tekitab tugeva rõhu, mis paiskab kuni poole tähe massist peaaegu valguse kiirusel kosmosesse. Nii kujuneb mustast august lõppkokkuvõttes tunduvalt väiksema massiga objekt, kui see oleks ilma magnetväljade mõjuta. See mehhanism lükkab musta augu massi just sellesse „keelatud“ vahemikku, mida seni peeti võimatuks. Samal ajal muudab magnetväli ka pöörlemist, muutes seda sõltuvalt välja tugevusest kas kiiremaks või aeglasemaks.
Simulatsioonid näitasid siin selget seost: mida tugevam on magnetväli, seda kergem ja aeglasem on tekkinud must auk, samas kui nõrgema magnetväljaga saavad tekkida raskemad ja kiiremini pöörlevad mustad augud. See viitab, et musta augu mass ja pöörlemiskiirus on seotud seaduspärasusega, mida astronoomid varem ei osanud oodata.
Võimalus teooriat kontrollida: gammakiirguse sähvatused
Simulatsioonid viitavad, et sellised mustad augud peaksid tekitama gammakiirguse sähvatusi – äärmiselt heledaid kosmilisi signaale, mida on võimalik tuvastada Maa peal paiknevate teleskoopidega. Kui neid sähvatusi tuvastatakse koos gravitatsioonilainete signaalidega, oleks see tugev tõend magnetväljade otsustava rolli kohta ning aitaks aru saada, kui sageli sedalaadi ebatavalisi objekte tegelikult tekib.
Uuring on andnud olulise uue vaatenurga mustade aukude tekkeloole. See võib aidata lahendada mitmeid teisi kosmoloogilisi mõistatusi ning viia täpsemate mustade aukude kujunemise mudeliteni, mis arvestavad ka magnetväljade seni varjul olnud mõju.
