Загадка голых сингулярностей: черные дыры, нарушающие законы физики

Современные представления о черных дырах часто сводятся к драматичным сценариям: взрывы массивных звезд, коллапс ядер и образование космических объектов, поглощающих все вокруг. Однако новое исследование, опубликованное в Physical Review D, предлагает альтернативный, более загадочный сценарий: черные дыры могут формироваться тихо, внутри звезд, которые внешне выглядят совершенно нормально.

Обнаружение гравитационных волн от черных дыр около- и субсолнечной массы поставило перед астрофизиками серьезную загадку. Согласно стандартным моделям, такие легкие черные дыры не должны образовываться в результате коллапса звезд, поскольку маломассивные светила обычно заканчивают свою эволюцию как белые карлики или нейтронные звезды. Это наводит на мысль о нетрадиционных механизмах их возникновения, и один из них связан с темной материей.

Гипотеза предполагает, что частицы темной материи, накапливаясь в недрах звезд, могут со временем достичь критической массы и спровоцировать коллапс, формируя микроскопическую черную дыру. Такой процесс не сопровождается взрывом, а сама черная дыра начинает медленно поглощать звезду изнутри.

Судьба звезды с черной дырой внутри

Дальнейшая эволюция звезды зависит от ее типа и скорости вращения. В случае белых карликов — компактных остатков звезд солнечного типа — возможны три сценария:

1. Голая сингулярность: При определенных условиях вращения коллапс может привести к образованию сингулярности без горизонта событий. Это противоречит принципу космической цензуры, предполагающему, что сингулярности всегда скрыты от внешнего наблюдателя. Такие объекты могли бы стать уникальной лабораторией для изучения квантовой гравитации.
2. Гибридная звезда: Если белый карлик быстро вращается, аккреция материи на черную дыру замедляется из-за центробежных сил. В результате образуется стабильная система — внешне обычный белый карлик с паразитической черной дырой в центре. Такие объекты могут существовать миллиарды лет, почти не проявляя аномалий.
3. Полный коллапс: В медленно вращающихся белых карликах черная дыра беспрепятственно поглощает вещество, превращая звезду в черную дыру без внешних признаков катастрофы.

Для нейтронных звезд исход более предсказуем: даже быстрое вращение не способно остановить рост черной дыры, и звезда быстро превращается в черную дыру.

Такие скрытые черные дыры могут оставаться незамеченными, но их присутствие можно выявить по косвенным признакам: аномалиям в гравитационных волнах, отклонениям в охлаждении звезд или нарушениям орбит в двойных системах. Особый интерес представляет галактический балдж — область с высокой плотностью темной материи, где подобные объекты могут встречаться чаще.

Последствия для науки

Исследование бросает вызов традиционным представлениям о звездной эволюции и темной материи. Если гипотеза подтвердится, черные дыры окажутся не только продуктами катастрофических событий, но и результатом медленных, скрытых процессов. Кроме того, возможное существование голых сингулярностей поставит под вопрос фундаментальные принципы общей теории относительности.

Эта работа открывает новое направление в астрофизике, связывая темную материю, звездную динамику и экзотические объекты. Она напоминает, что Вселенная полна неожиданностей, а привычные явления могут скрывать радикально иную природу. В будущем наблюдения за галактическим центром и гравитационно-волновыми сигналами могут дать первые подтверждения этой смелой теории.