Звезды могут содержать внутри себя черные дыры, не отличаясь от обычных, установили исследователи
По гипотетическому сценарию, маленькие первичные черные дыры могут быть захвачены новообразованными звездами. Исследователи смоделировали эволюцию этих так называемых "звезд Хокинга" и обнаружили, что они могут иметь удивительно долгое время жизни, во многом напоминая обычные звезды.
Исследование проведено международной группой под руководством ученых из Института астрофизики Макса Планка (MPA), о чем они рассказывают в своем пресс-релизе, передают OstanniPodii.com.
Исследователи задались вопросом : Если предположить, что сразу после Большого взрыва образовалось большое количество очень малых черных дыр (так называемых первичных черных дыр), и некоторые из них могли быть захвачены во время формирования новых звезд, тогда как это повлияет на звезду в течение её жизни?
"Ученые иногда задают безумные вопросы, чтобы узнать больше", - говорит Сельма де Минк, директор звездного отдела MPA. "Мы даже не знаем, существуют ли такие первичные черные дыры, но все равно можем провести интересный воображаемый эксперимент".
Первичные черные дыры могли образоваться в очень ранней Вселенной с широким диапазоном масс, от малых, как астероид, до тысяч солнечных масс. Они могли бы составлять важный компонент темной материи, а также быть семенами для сверхмассивных черных дыр в центрах современных галактик.
С очень малой вероятностью новообразованная звезда может захватить черную дыру с массой астероида или чуть больше, которая затем займет центр звезды. Такая звезда называется "звезда Хокинга", в честь Стивена Хокинга, который впервые предложил эту идею в статье в 1970-х годах.
Черная дыра в центре такой звезды Хокинга росла бы очень медленно: благодаря термоядерному синтезу наружу звезды вытекает интенсивная энергия, образуя давление, которое препятствует ее коллапсу, одновременно ограничивая поступление газа для питания черной дыры.
Международная группа ученых смоделировала эволюцию такой звезды с различными начальными массами черной дыры и с различными моделями аккреции звездного центра. Их удивительный результат: когда масса черной дыры небольшая, звезда по сути не отличается от обычной звезды.
"Звезды, в центре которых есть черная дыра, могут жить удивительно долго", - говорит Эрл Патрик Беллингер, докторант, а ныне доцент Йельского университета, возглавлявший исследование. "Наше Солнце может даже иметь в центре черную дыру такой же массивности, как планета Меркурий, и мы этого не заметим".
Эти две диаграммы показывают радиальную эволюцию звезды с массой Солнца без (слева) и вместе с (справа) черной дырой с начальной массой, подобной астероиду. Черная сплошная линия показывает радиус фотосферы, вертикальная пунктирная линия - текущий возраст Солнца. Красная область показывает, где водород превращается в гелий в процессе ядерного синтеза, который обеспечивает основную часть солнечной светимости, пока черная дыра не начинает заметно расти (черная область; для меньшего возраста черная дыра слишком мала, чтобы ее можно было увидеть на этом графике). Черная дыра вызывает конвекцию (заштриховано), которая перемешивает внутренние части звезды. Обратите внимание на разный масштаб осей y. © MPA
Основное отличие такой звезды Хокинга от обычной звезды будет возле ядра, которое станет конвективным из-за аккреции к черной дыре. Это не изменило бы свойств звезды на ее поверхности и ускользнуло бы от нынешних возможностей обнаружения.
Однако, как указывают исследователи, такую звезду можно было бы обнаружить с помощью относительно новой области астероидоведения, где астрономы используют акустические колебания для исследования звездных недр. Также в своей более поздней эволюции, в фазе красного гиганта, черная дыра может привести к появлению характерных сигнатур.
Если первичные черные дыры действительно образовались вскоре после Большого взрыва, поиск звезд Хокинга может быть одним из способов их обнаружения.
"Есть веские основания полагать, что звезды Хокинга были бы распространены в шаровых скоплениях и сверхслабых карликовых галактиках", - отмечает профессор Мэтт Каплан из Университета штата Иллинойс, соавтор исследования. "Это означает, что звезды Хокинга могут быть инструментом для проверки как существования первичных черных дыр, так и их возможной роли в качестве темной материи".
Результаты исследования опубликованы в The Astrophysical Journal в статье под названием "Модели звездной эволюции с центральной черной дырой".