За гіпотетичним сценарієм, малі первісні чорні діри можуть бути захоплені новоствореними зірками. Міжнародна група під керівництвом дослідників з Інституту астрофізики Макса Планка змоделювала еволюцію цих так званих «зірок Гокінга» та виявила, що вони можуть мати напрочуд тривалий час життя, нагадуючи звичайні зірки в багатьох аспектах. Робота опублікована в The Astrophysical Journal.
Астеросейсмологія може допомогти ідентифікувати такі зірки, що, своєю чергою, може перевірити існування первинних чорних дір та їхню роль як компонента темної матерії. Давайте виконаємо наукову вправу: якщо ми припустимо, що велика кількість дуже маленьких чорних дір утворилася відразу після Великого вибуху (так звані первісні чорні діри), деякі з них можуть бути захоплені під час утворення нових зірок. Як це вплине на зірку протягом її життя?
«Науковці інколи задають божевільні запитання, щоб дізнатися більше», — каже Сельма де Мінк, директор відділу зірок в Інституті астрофізики Макса Планка (MPA). «Ми навіть не знаємо, чи існують такі первісні чорні діри, але ми все одно можемо провести цікавий уявний експеримент».
Первинні чорні діри мали б утворитися в дуже ранньому Всесвіті з широким діапазоном мас, від невеликих, як астероїд, до тисяч сонячних мас. Вони можуть становити важливий компонент темної матерії, а також бути насінням для надмасивних чорних дір у центрі сучасних галактик.
З дуже малою ймовірністю новоутворена зірка може захопити чорну діру з масою астероїда або маленького місяця, яка потім займе центр зірки. Таку зірку називають «зіркою Хокінга» на честь Стівена Хокінга, який вперше запропонував цю ідею в статті в 1970-х роках.
Чорна діра в центрі такої зірки Гокінга зростала б повільно, оскільки надходження газу для живлення чорної діри перешкоджає вихідній світності. Зараз міжнародна група вчених змоделювала еволюцію такої зірки з різними початковими масами для чорної діри та різними моделями акрецій для зоряного центру. Їх приголомшливий результат: коли маса чорної діри мала, зірку практично неможливо відрізнити від звичайної зірки.
«Зірки, у центрі яких є чорна діра, можуть жити напрочуд довго», — каже Ерл Патрік Беллінджер, постдоктор MPA, а нині доцент Єльського університету, який керував дослідженням. «Наше сонце навіть може мати таку ж масивну чорну діру на планеті Меркурій у центрі, щоб ми цього не помітили».
Основна відмінність між такою зіркою Хокінга та звичайною зіркою буде поблизу ядра, яке стане конвективним через акрецію на чорну діру. Це не змінило б властивостей зірки на її поверхні й уникнуло б нинішніх можливостей виявлення. Однак його можна виявити за допомогою відносно нової галузі астеросейсмології, де астрономи використовують акустичні коливання для дослідження внутрішньої частини зірки.
Також у їхній пізній еволюції, у фазі червоного гіганта, чорна діра може призвести до характерних ознак. З майбутніми проектами, такими як PLATO, такі об’єкти можуть бути виявлені. Однак для визначення наслідків розміщення чорної діри в зірках різної маси та металевості потрібне подальше моделювання. Якщо первинні чорні діри справді утворилися незабаром після Великого вибуху, пошук зірок Гокінга міг би бути одним зі способів їх знайти.
«Незважаючи на те, що сонце використовується як вправа, є вагомі підстави вважати, що зірки Хокінга часто зустрічаються в кульових скупченнях і надслабких карликових галактиках», — зазначає професор Метт Каплан з Університету штату Іллінойс, співавтор дослідження.
«Це означає, що зірки Гокінга можуть бути інструментом для перевірки як існування первісних чорних дір, так і їх можливої ролі як темної матерії».