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Accès ouvert déclaré 2025 article

A Black Hole Is Born: 3D General-relativistic Magnetohydrodynamic Simulation of Black Hole Formation from Core Collapse

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14Institutions déclarées
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Rattachement africain : us, de, nl, sk, ca. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Abstract We present the first three-dimensional, fully general-relativistic magnetohydrodynamic (3D GRMHD) simulation of a black hole (BH) formed from the collapsed core of a massive star. The ability to self-consistently capture the birth of a compact remnant in 3D is crucial for modeling natal BH properties (including masses, spins, and kicks), which are of particular interest in the era of gravitational-wave astronomy. However, such simulations have remained elusive due to extreme computational challenges and demands. We employ the GPU-accelerated dynamical-spacetime GRMHD code GRaM-X to follow the collapse, core bounce, shock propagation, and eventual BH formation of a massive stellar progenitor in full 3D. We initialize our simulation by mapping a one-dimensional (1D) model of a star with a zero-age-main-sequence mass of 45M ⊙ to 3D. We use the core rotation velocity expected from stellar evolution modeling and a relatively weak dipolar magnetic field. The collapsing core drives a shock that reaches a maximum radius of roughly 170 km before stalling and does not lead to a successful explosion. The protoneutron star accretes matter before collapsing to form a BH t BH ≈ 325 ms after core bounce. The time of BH formation and initial BH mass are remarkably similar to those obtained with GR1D, a 1D general-relativistic neutrino-hydrodynamics code, to which we compare our results. We track the horizon of the newborn BH after formation and calculate a steady kick velocity of v kick ≈ 72 km s − 1 and a mass of M BH ≈ 2.62M ⊙, which is still rising at the end of the simulation.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
A Black Hole Is Born: 3D General-relativistic Magnetohydrodynamic Simulation of Black Hole Formation from Core Collapse
Date Crossref
30/09/2025
Éditeur
American Astronomical Society
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Les institutions déclarées

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