Чорні діри-паразити можуть «поїдати» зірки зсередини

Досить незвичайний кандидат на темну матерію може ховатися всередині зірок, повільно поїдаючи їх зсередини. Нова стаття під керівництвом астрофізика Ерла Беллінджера з Інституту астрофізики Макса Планка та Єльського університету передбачає, що крихітні чорні діри, які утворилися на зоря часу могла бути включена в зірки, схожі на Сонце, і з тої пори сидить у їхніх ядрах, поступово поглинаючи матеріал і перетворюючи його на чорну діру.

Усе це, звичайно, надзвичайно гіпотетично. Але дослідження вивчає вплив такого паразитування на ці зірки та те, як ми можемо їх розпізнати у Всесвіті, якщо ми трапимо на них.

«Ми виявили, що такі об’єкти можуть бути напрочуд довгоживучими, причому найлегші чорні діри не впливають на еволюцію зірок, тоді як більш масивні з часом поглинають зірку, створюючи ряд спостережуваних наслідків» пишуть дослідники у своїй статті.

«Унікальна внутрішня структура зірок, що містять чорні діри, може дати змогу астеро-сейсмології виявити їх, якщо вони існують».

Всесвіт сповнений чорних дір різного розміру. Ми бачили чорні діри з діапазонами зоряних мас, які, ймовірно, утворилися внаслідок колапсу ядра масивної зірки наприкінці її життя, і їх злиття. Існують надмасивні монстри, маса яких у мільйони до мільярдів разів перевищує Сонце, що ховається в серці кожної галактики. І є чорні діри з проміжними масами, невловимі, ​​але з’являються у все більшій кількості.

Те, що ми не знайшли, так це справді крихітні чорні діри – ті, що мають маси, подібні до планет, місяців або астероїдів. Ці об’єкти не мають достатньої маси і, отже, сили тяжіння, щоб зруйнуватися в щось таке щільне, як чорна діра.

Але теоретично крихітні чорні діри могли утворитися.

Згідно з теорією, розробленою Стівеном Хокінгом у 1970-х роках і розширеною іншими вченими з того часу, крихітні чорні діри могли утворитися в приблизно в першу секунду після Великого вибуху, коли матерія у Всесвіті була ще достатньо гарячою та щільною, щоб плями додаткової щільності могли зруйнуватися на неминучі плями простору-часу.

Де ці ‘первісні’ Зникнення чорних дір – якщо вони колись існували – це загадка, але вони були б чітким поясненням додаткової гравітації у Всесвіті, яку ми приписуємо темній матерії.

Деякі вчені вважають, що вони могли опинитися всередині нейтронних зірок, сидячи в ядрах і просто жуючи, як якийсь дивний космічний солітер.

Беллінгер та його колеги хотіли дослідити можливість існування ендопаразитичної чорної діри, а не в залишках мертвої зірки, як нейтронна зірка, але жива, термоядерна зірка головної послідовності, як Сонце. Сам Гокінг припустив, що Сонце могло містити первісну чорну діру. Інші вчені провели теоретичний аналіз і визначили, що первісна чорна діра поглине зірку зсередини.

Для власного аналізу Беллінджер і його команда розрахували, що станеться із зіркою з масою від 0,8 до 100 сонячних мас, яка утворюється навколо первісної чорної діри до маси зірки. Вони також провели перше повне чисельне еволюційне моделювання сонцеподібних зірок з первісними чорними дірами, що ховаються в їхніх ядрах.

Дослідники виявили, що найменшим чорним дірам буде важко розвиватися. Чорній дірі знадобляться мільярди років, щоб поглинути зірку. Але чорна діра з масою карликової планети була б набагато ненажерливішою. Воно почне поглинати ядро ​​зірки, схожої на Сонце, і матеріал обертатиметься навколо нього в диск, який почне виробляти величезну кількість світла та тепла.

Через мільярд років термоядерний синтез більше не буде живити зірку; натомість ця зірка буде живитися від акреційного диска, що обертається навколо чорної діри. Усе світло зірки – за іронією долі – може бути вироблено чорною дірою. Дослідники назвали цей гіпотетичний тип зірки зіркою Гокінга.

Зірка Хокінга поводитиметься приблизно так само, як і звичайна зірка, з кількома ключовими відмінностями. Його зовнішні шари роздулися б і перетворилися б на червоного гіганта, як очікується, станеться із Сонцем, коли термоядерний синтез почне загасати наприкінці його життя. Але температура буде нижчою, ніж ми могли б очікувати від такої зірки. Цікаво, що в Чумацькому Шляху ми вже виявили аномально холодні зірки — червоні гіганти. Їх називають червоними відсталими.

Дослідники кажуть, що ми могли б вивчити ці зірки, щоб знайти сигнатури двигуна чорної діри. Очікується, що акреція чорної діри створить інші акустичні картини всередині зірки, ніж термоядерний синтез, який можна виявити за мінімальними змінами яскравості на поверхні зірки. На цей час невідомо, як виглядають зміни яскравості; дослідники прагнуть розглянути це питання в майбутній статті.

«Це дає можливість або виявити такі об’єкти, або встановити обмеження щодо їх кількості та швидкості захоплення», пишуть дослідники.

«Наслідки для зірок на більш просунутих стадіях еволюції, чисельні результати для зірок різної маси та металевості, а також дослідження зоряного населення також будуть досліджені в майбутніх роботах.»