Астрономи відкрили нову можливість виявлення первинних чорних дірок

Сучасна астрономія прагне розкрити загадки Всесвіту, і одне з найінтригуючіших явищ — первинні чорні дірки. Ці загадкові об’єкти, що утворилися на зорі Всесвіту, можуть істотно впливати на зоряні системи. Нещодавно опублікована стаття астрономів з Університету Оклахоми проливає світло на взаємодію первинних чорних дірок із зоряними системами та пропонує нові методи їх виявлення.

Їхня величезна гравітація може викликати хаос у зоряних системах. Вони можуть передавати енергію у широкі подвійні системи, порушуючи їх орбіти. Це може призвести до екстремальних результатів, таких як викид зірок з власної системи.

Було висловлено припущення, що чорні дірки могли утворитися в ранні моменти після Великого вибуху. Вони є результатом колапсу надмасивних зірок, а формуються з флуктуацій щільності матерії. Регіони з великою густиною просто колапсують під власним гравітаційним впливом, утворюючи об’єкти, які були названі первинними чорними дірками (ПЧД). Вважається, що вони різняться за розміром від субатомних до більш потужних, ніж Сонце.

Питання про те, чи справді первинні чорні діри відповідають за темну матерію у Всесвіті, все ще залишається предметом суперечок. В астрономічному співтоваристві загальноприйнято, що вони не можуть відповідати за всю темну матерію, але, ймовірно, відповідають за 10% темної матерії в діапазоні планетарних мас (від 10-7 до 10-3 сонячних мас). Для того, щоб відповісти на запитання про те, чи ПЧД відповідають за якусь частину темної матерії у Всесвіті, потрібен подальший аналіз.

Якщо взяти до уваги великий масштаб, то ПЧД не відрізняються від фону частинок темної матерії. У малих масштабах розподіл ПЧД нерівномірний по всьому Всесвіту щодо фону частинок темної матерії, і тому вчені змушені шукати нову теорію. Спостерігати ПЧД, щоб зрозуміти, наскільки модель близька до реальності, складно, але можна вивчити їхню взаємодію з зоряними системами.

Стаття Бадала Бхалли з Університету Оклахоми та групи астрономів, розміщена на сервері препринтів arXiv, досліджує, як ПЗД можуть втрачати енергію при взаємодії з подвійними зоряними системами. Ці взаємодії можуть призвести до одного з п’яти можливих сценаріїв: затвердіння (два пов’язані об’єкти передають енергію третьому об’єкту, внаслідок чого сила їхнього поділу зменшується), пом’якшення (вільне тіло передає енергію пов’язаній системі, внаслідок чого їх поділ збільшується, але вони залишаються пов’язаними) ), розриву (вільне тіло передає достатньо енергії зв’язаної системі, так що компоненти стають незв’язаними, і всі об’єкти залишаються незв’язаними), захоплення (пов’язані об’єкти захоплюють вільний об’єкт) або обміну (вільний об’єкт передає достатньо енергії, щоб звільнити один із зв’язаних об’єктів, і при цьому втрачає достатньо енергії, щоб зв’язатися з об’єктом, що залишився).

Попередні дослідження вивчали пом’якшення та руйнування в PBH та бінарних взаємодіях, як і модель захоплення. Команда припускає, що зміцнення також малоймовірне, і тому вивчає можливість моделі обміну.

Команда виявила, що модель обміну повинна призвести до популяції подвійних ПЧД у Чумацькому Шляху, і, дійсно, деякі спостереження вказують на те, що вони можуть існувати. Команда також передбачає, що можна виявити ПЧД у подвійних системах із субсонячною масою ПЧД за властивостями системи.

Відкриття ПЧД у подвійній системі може бути можливим і певною мірою підтвердить висновки. Тепер для перевірки моделі потрібні спостереження. Астрономи сподіваються, що подальші дослідження допоможуть пролити світло на загадку первинних чорних дірок та їх роль у Всесвіті.