Учёные объяснили сильнейшие магнитные поля Вселенной

Сверхплотные ("гипермассивные") нейтронной звёзды образуются в ходе слияния двух нейтронных звёзд двойной системы светил. Их короткая жизнь заканчивается катастрофическим коллапсом в чёрную дыру, которая иногда производит короткие гамма-всплески. В результате образуется ярчайший взрыв во Вселенной.

Наблюдения при помощи спутников XMM Newton, Fermi и Swift показали, что короткие гамма-всплески за секунду высвобождают такое же количество энергии, как наша галактика за целый год. Долгое время предполагалось, что сила магнитного поля таких звёзд гораздо выше, нежели сила полей, наблюдаемых в каких бы то ни было известных астросистемах. Учёным из Института гравитационной физики Макса Планка (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik) удалось смоделировать механизм, который может производить такие сильные магнитные поля, предшествующие распаду в чёрную дыру.

Собственно, учёных волновал следующий вопрос: как может образовывать поле в миллионы и миллионы раз мощнее, чем магнитное поле Земли, из магнитного поля нейтронных звёзд, которое куда слабее земного.

Появление сверхсильных магнитных полей можно объяснить феноменом, возникающим из-за различного вращения плазмы в магнитном поле. Соседние слои плазмы, которые вращаются с разной скоростью, "трутся" друг о друга и, в конечном счёте, образуют вихревые потоки.

В ходе этого процесса, называемого магниторотационной неустойчивостью, магнитное поле значительно усиливается. Фактическая демонстрация этого процесса стала возможна только сейчас благодаря проведённому немецкими учёными численному моделированию.

Физики создали модель гипермассивной нейтронной звезды с первоначально упорядоченным магнитным полем. Его структура усложнялась в процессе вращения.

Поскольку звезда динамически неустойчива, в конце концов, она коллапсирует в чёрную дыру, окружённую облаком материи, которую позднее образовавшаяся дыра стянет на себя.

Моделирование однозначно показало наличие экспоненциально роста усиления в недрах звезды − магниторотационной нестабильности. Этот механизм до сих пор оставался практически неисследованным из-за экстремальных условий в гипермассивных нейтронных звёздах (прежде всего гравитационных). Очень сложно оценить, что происходит в недрах этих звёзд, практически невозможно.

Это исследование интересно, по крайней мере, по двум причинам. Во-первых, оно впервые показывает развитие магниторотационной неустойчивости в рамках общей теории относительности Эйнштейна, в которой не существует аналитического критерия для прогнозирования нестабильностей. Во-вторых, это открытие может иметь огромное влияние на астрофизику, так как оно подтверждает гипотезу о том, что сверхсильные магнитные поля нейтронных звёзд − ключевой элемент в объяснении огромного количества энергии, выделяющейся при коротких гамма-всплесках.

Подробнее об исследовании рассказывает статья, опубликованная в журнале Physical Review D.