Magnetska polja mogla bi odlučivati koje zvijezde prežive u središtu Mliječne staze

U središtu Mliječne staze nešto očito ne štima. U neposrednoj blizini supermasivne crne rupe Sagittarius A* (Strijelac A*) kompaktne zvijezde nalaze se u krajnje surovom okruženju, pod utjecajem snažne gravitacije, zračenja i tamne tvari. Prema dosadašnjim očekivanjima, mnoge od njih ondje ne bi trebale dugo opstati. Ipak, opažanja pokazuju da neke prežive, dok druge nestanu.

Prema postojećim očekivanjima, kompaktne zvijezde poput neutronskih zvijezda i bijelih patuljaka s vremenom bi trebale nakupljati tamnu tvar, osobito u tako gustom okolišu. U povoljnim uvjetima to bi moglo dovesti do stvaranja vrlo male crne rupe u samom središtu zvijezde. Nakon toga bi takva crna rupa trebala početi rasti akrecijom, odnosno privlačenjem okolnog zvjezdanog materijala. Krajnji ishod bio bi dramatičan: zvijezda bi se postupno trošila iznutra i na kraju potpuno urušila u crnu rupu.

Kad bi ta slika bila potpuna, velik broj kompaktnih zvijezda u galaktičkom središtu već bi morao biti uništen. No opažanja ne pokazuju tako jednostavnu sliku.

Tragovi koji ne pristaju modelu

Jedan od najupečatljivijih primjera je magnetar PSR J1745-2900, koji se nalazi iznenađujuće blizu Sagittariusu A*. Riječ je o neutronskoj zvijezdi s iznimno snažnim magnetskim poljem, a upravo su njezina stabilnost i opstanak teško uskladivi s očekivanjem da bi takvi objekti u tom području trebali brzo nestajati zbog rasta crne rupe u svojoj unutrašnjosti.

Istodobno postoje i naznake da je u blizini galaktičkog središta više snažno magnetiziranih bijelih patuljaka nego što bi se očekivalo. S druge strane, obični pulsari, neutronske zvijezde sa slabijim magnetskim poljima, ondje se pojavljuju rjeđe nego što modeli predviđaju. Taj dugotrajni nesklad često se opisuje kao problem nestalih pulsara.

Kad se ta opažanja promatraju zajedno, postaje jasno da sve kompaktne zvijezde u tom okolišu ne prolaze jednako. Nešto očito utječe na to koje će opstati, a koje neće.

Prirodan kandidat za takvu razliku jest magnetizam. Kompaktne zvijezde mogu imati neka od najsnažnijih magnetskih polja u svemiru, a u mnogim je astrofizičkim sustavima već poznato da upravo magnetska polja snažno određuju kako se tvar kreće, osobito tijekom akrecije. Ona mogu usmjeravati tok materijala, preraspodijeliti ga, pa i oslabiti njegovo pritjecanje prema kompaktnom objektu. To otvara važno pitanje: može li magnetizam utjecati i na rast crne rupe koja nastane unutar same zvijezde?

Kad magnetsko polje uspori rast

U novom radu, objavljenom u časopisu The European Physical Journal C, autori su upravo tu mogućnost razradili detaljnije. Središnja zamisao njihova modela jest da mala crna rupa, ako nastane u jezgri snažno magnetizirane zvijezde, ne raste u praznini ni u okolišu bez otpora. Ona se nalazi u mediju u kojem magnetske sile mogu imati važnu ulogu. Ta polja stvaraju tlak i napetost koji se suprotstavljaju dotoku tvari prema crnoj rupi.

Posljedica bi mogla biti bitno slabija akrecija, dakle sporiji rast crne rupe. U takvoj slici crna rupa možda i nastane, ali njezin se razvoj može usporiti ili čak zaustaviti. Umjesto nezaustavljivog procesa u kojem je sudbina zvijezde unaprijed određena, dobiva se sustav u kojem zvijezda može opstati mnogo dulje i ostati opažljiva.

Autori taj mehanizam nazivaju “magnetically arrested transmutation”, odnosno magnetski zaustavljena transmutacija. Prema toj ideji, zvijezde s vrlo snažnim unutarnjim magnetskim poljima, poput magnetara ili snažno magnetiziranih bijelih patuljaka, mogle bi biti otpornije na brzo uništenje. Njihova magnetska polja u tom bi slučaju ograničavala rast crne rupe koja nastaje u njihovoj unutrašnjosti. Zvijezde sa slabijim magnetskim poljima takvu bi prednost imale u manjoj mjeri ili je uopće ne bi imale.

Takav pristup ujedno mijenja i način na koji se promatra rast crnih rupa. One se često opisuju kao objekti koji neumoljivo rastu kad god im je tvar dostupna. Ovaj rad sugerira da to ipak snažno ovisi o okolišu. U sustavima s jakim magnetskim poljima rast crne rupe ne mora biti zajamčen, nego ga uvjeti oko nje mogu ozbiljno ograničiti.

Moguće posljedice ne tiču se samo pojedinačnih zvijezda. Ako magnetska polja doista utječu na to koji objekti opstaju u blizini galaktičkog središta, onda bi upravo ona mogla oblikovati i cjelokupnu populaciju kompaktnih objekata koju ondje opažamo. Manjak običnih pulsara, opstanak magnetara poput PSR J1745-2900 i prisutnost magnetiziranih bijelih patuljaka tada možda ne bi bili odvojeni problemi, nego različita lica istog temeljnog mehanizma.