黑洞是宇宙中最致密的天體之一，它的引力強大到甚至連光進入它的事件視界，都無法逃脫。盡管我們已經探測到許多的黑洞，但它仍隱藏著許多未解之謎。其中一個謎題就是，黑洞的磁場究竟從何而來？???

在一項于近期發表在《天體物理學快報》上的研究中，科學家通過模擬黑洞的形成過程，發現這些磁場的起源竟然是黑洞的“母體”。

黑洞的磁性之謎

黑洞可以在恒星爆發為超新星后形成。這種爆發會留下一個致密的核心殘骸，稱為原中子星。原中子星是黑洞的“母體”，因為當它繼續坍縮時，黑洞便會誕生。

在新的研究中，研究人員的最初目標是模擬一顆恒星從形成到坍縮直至黑洞誕生的全過程，他們希望通過這些模擬來研究黑洞的外向流，比如與伽馬射線暴形成密切相關的噴流。然而，在模擬中，研究人員發現一個問題：他們無法準確描述中子星坍縮為黑洞時磁場的行為。這促使他們重新審視黑洞磁場的起源問題。

伽馬射線暴是一種短暫卻極為明亮的爆發，在幾秒鐘內釋放的能量比太陽一生的總能量還多。黑洞需要具備強大的磁場才能驅動伽馬射線暴的產生。（圖/NASA's Goddard Space Flight Center）

一些已有的理論認為，在恒星坍縮的過程中，磁力線會被壓縮并增強，導致磁場密度變得更高。然而，這些理論面臨一個問題：恒星的強磁場會導致恒星失去自旋；但如果沒有快速自旋，新生的黑洞就無法形成吸積盤，也無法形成我們所觀測到的噴流和伽馬射線暴。

吸積盤是指圍繞黑洞的氣體流、等離子體、塵埃和粒子組成的旋轉物質盤。（圖／Crafoordprize）

簡單來說，強磁場和吸積盤這兩個條件似乎是矛盾的：如果磁場過強，就無法形成吸積盤；而如果磁場過弱，就不足以產生噴流。這種矛盾表明，黑洞磁場的形成可能涉及更復雜的機制。

中子星與吸積盤

通過進一步的分析，研究人員意識到，過去對中子星坍縮的模擬可能并不完整。以前的研究大多聚焦在孤立的中子星和孤立的黑洞上，認為它們在坍縮過程中會喪失所有磁性。

但在新的研究中，研究人員發現，這些中子星在坍縮前往往具有吸積盤。因此，他們認為也許吸積盤可以保存中子星的磁場，使新形成的黑洞具有與中子星相同的磁力線。

研究團隊的計算結果顯示，在中子星坍縮的過程中，在所有磁場被新形成的黑洞吞噬之前，中子星的吸積盤會被黑洞繼承，其磁力線被固定在黑洞上。

他們的計算表明，在大多數情況下，黑洞吸積盤形成的時間尺度比黑洞失去磁場的時間尺度要短。因此，吸積盤使得黑洞能夠從其母體中子星那里繼承磁場。

（圖/Lucy Reading-Ikkanda, Simons Foundation）

對宇宙研究的意義

這一發現揭示了黑洞磁場的起源，同時為理解伽馬射線暴等現象的能量來源提供了新的視角。

研究人員表示，這項研究改變了科學家對于噴流形成條件的理解。如果吸積盤意味著磁性，那么從理論上講，只需要一個早期的吸積盤就能為噴流提供動力。現在，在得知了這一點后，科學家們就可以重新思考恒星群與噴流形成之間的關系。

同時，研究人員強調，這一發現得益于多學科合作，使科學家們能夠從不同角度解答這一問題，最終描繪出恒星坍縮后演化的完整圖景。

#創作團隊：

編譯：不二北斗

排版：雯雯

#參考來源：

https://www.simonsfoundation.org/2024/11/18/we-finally-know-where-black-holes-get-their-magnetic-fields-their-parents/

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad8563

#圖片來源：

封面圖&首圖：Gottlieb et al (2024); Lucy Reading-Ikkanda, Simons Foundation