Черные дыры-паразиты могут разъедать звезды изнутри

Довольно необычный кандидат на роль темной материи может скрываться внутри звезд, медленно пожирая их изнутри.

В новой статье под руководством астрофизика Эрла Беллинджера из Института астрофизики Макса Планка и Йельского университета предлагается что крошечные черные дыры, образовавшиеся на заре времен, могли быть включены в звезды, подобные Солнцу, и с тех пор находились в их ядрах, постепенно поглощая материал и превращая его в еще больше черных дыр.

Это все крайне гипотетически, конечно. Но исследование изучает эффект, который такой паразитизм окажет на эти звезды, и то, как мы могли бы распознать их во Вселенной, если бы мы столкнулись с ними.

«Мы обнаружили, что такие объекты могут быть на удивление долгоживущими. жили, причем легчайшие черные дыры не имели никакого влияния на звездную эволюцию, в то время как более массивные со временем поглощали звезду, производя ряд наблюдаемых последствий», — пишут исследователи в своей статье.

«Уникальная внутренняя структуры звезд, содержащие черные дыры, могут позволить астеросейсмологии обнаружить их, если они существуют».

Вселенная полна черных дыр самых разных размеров. Мы видели черные дыры со звездными массами, которые, вероятно, образовались в результате коллапса ядра массивной звезды в конце ее жизни и ее слияний. В центре каждой галактики скрываются сверхмассивные монстры, масса которых в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца. И есть черные дыры с промежуточной массой, неуловимые, но появляющиеся во все большем количестве.

Чего мы не нашли, так это крошечных черных дыр – с массами, подобными планетам, лунам или астероидам. Эти объекты не обладают достаточной массой и, следовательно, гравитацией, чтобы схлопнуться во что-то столь же плотное, как черная дыра.

Но теоретически существует способ образования крошечных черных дыр.

Согласно теории, разработанной Стивеном Хокингом в 1970-х годах и с тех пор расширенной другими учеными, крошечные черные дыры могли образоваться примерно в первую секунду после Большого взрыва, когда материя во Вселенной была еще достаточно горячей и плотной, чтобы участки повышенной плотности могли схлопнуться в неизбежные участки пространства-времени.

Куда делись эти «первоначальные» черные дыры – если они когда-либо существовали – остается загадкой, но они могли бы стать изящным объяснением дополнительной гравитации. во Вселенной мы относим темную материю.

Некоторые ученые полагают, что они могли оказаться внутри нейтронных звезд, сидеть в ядрах и просто жрать, как какой-то странный космический солитер.

Беллинджер и его коллеги хотели исследовать возможность существования эндопаразитической черной дыры не в мертвых остатках звезды, таких как нейтронная звезда, а в живой, плавящейся звезде главной последовательности, такой как Солнце. Сам Хокинг предположил, что на Солнце может находиться первичная черная дыра. Другие ученые провели теоретический анализ и определили, что первичная черная дыра поглотит звезду изнутри.

Для своего собственного анализа Беллинджер и его команда рассчитали, что произойдет со звездой в диапазоне от 0,8 до 100 солнечных. массы, образующиеся вокруг первичной черной дыры, вплоть до массы звезды. Они также провели первое полное численное моделирование эволюции звезд типа Солнца, в ядрах которых скрываются первичные черные дыры.

Учёные обнаружили, что самым маленьким чёрным дырам будет трудно расти. Черной дыре потребовались бы миллиарды лет, чтобы поглотить звезду.

Но черная дыра с массой карликовой планеты была бы гораздо более прожорливой. Оно начнет поглощать ядро ​​звезды, похожей на Солнце, материал, вращающийся вокруг него, образуя диск, который начнет производить огромное количество света и тепла.

Через миллиард лет термоядерный синтез перестанет быть источником энергии. звезда; вместо этого эта звезда будет питаться от аккреционного диска, вращающегося вокруг черной дыры. Весь свет звезды – возможно, по иронии судьбы – будет производиться черной дырой. Исследователи назвали этот гипотетический тип звезды звездой Хокинга.

Звезда Хокинга будет вести себя почти так же, как обычная звезда, с несколькими ключевыми отличиями. Его внешние слои раздулись бы и превратились бы в красного гиганта, как ожидается, произойдет с Солнцем, когда термоядерный синтез начнет затухать в конце его жизни. Но температура будет ниже, чем мы могли бы ожидать от такой звезды. Интересно, что мы уже нашли аномально холодные красные гиганты в Млечном Пути. Их называют красными отставшими.

Мы могли бы, по словам исследователей, изучать эти звезды в поисках признаков работы двигателя черной дыры. Ожидается, что аккреция черной дыры создаст внутри звезды другие акустические картины, чем термоядерный синтез, который можно обнаружить по незначительным изменениям яркости на поверхности звезды. Как выглядят изменения яркости, на данный момент неизвестно; исследователи планируют ответить на этот вопрос в будущей статье.

«Это дает возможность либо обнаружить такие объекты, либо установить границы их количества и скорости захвата», — пишут исследователи.

«Последствия для звезд на более продвинутых стадиях эволюции, численные результаты для звезд различной массы и металличности, а также исследования звездного населения также будут изучены в будущих работах».

Результат опубликован в Астрофизическом журнале.