Астрофизики из Института Флэтайрон с помощью детального моделирования раскрыли механизм формирования необычно массивных и быстро вращающихся черных дыр, обнаруженных при столкновении GW231123 в 2023 году. Ранее их существование противоречило общепринятым теориям. 

Основная проблема заключалась в так называемом «массовом зазоре» – диапазоне от 70 до 140 масс Солнца. Считалось, что звёзды такой массы полностью уничтожаются в результате мощных парно-нестабильных сверхновых, не оставляя после себя чёрных дыр. Однако обнаруженные объекты попадали именно в этот интервал. 

Новое исследование показало, что ключевую роль играют магнитные поля, которыми ранее пренебрегали. Моделирование эволюции массивной звезды (250 масс Солнца) и её коллапса показало: если звезда быстро вращается, вокруг новорождённой чёрной дыры образуется аккреционный диск. Магнитные поля в этом диске создают давление, которое выбрасывает часть вещества прочь со скоростью, близкой к световой. 

Инфографика, описывающая новую работу. Источник: scitechdaily.com

Этот процесс существенно уменьшает конечную массу чёрной дыры. Сильные магнитные поля могут «сбросить» до половины исходного вещества звезды, в результате чего чёрная дыра оказывается легче и вращается медленнее. Именно так формируются объекты, попадающие в «массовый зазор». 

Таким образом, работа установила возможную связь между массой черной дыры и скоростью её вращения, регулируемую силой магнитных полей. Это открытие не только объясняет конкретное событие GW231123, но и предлагает новый сценарий эволюции массивных звёзд.