Некоторые звезды могут содержать внутри себя первичные черные дыры

Черные дыры славятся тем, что поглощают все, что оказывается слишком близко к ним – но можно ли их самих поглотить целиком? Новое исследование предполагает, что, возможно, звезды могли бы захватывать очень маленькие черные дыры и удерживать их в своих ядрах. Возможно, даже существует способ найти эти звезды, и если это так, то они могли бы помочь нам понять неуловимую темную материю.

Черные дыры бывают разными: есть те, которые рождаются в результате гибели звезд, а есть сверхмассивные монстры, скрывающиеся в центрах большинства галактик.

Но уже давно высказано предположение, что огромное количество черных дыр должно было образоваться в первые несколько секунд после Большого взрыва, и они все еще могут дрейфовать по космосу.

Хотя они были бы по существу невидимы для нас, мы все равно могли бы сделать вывод об их существовании на основе их гравитационного воздействия на материю вокруг них – и если это звучит знакомо, вы, вероятно, не удивитесь, узнав, что эти «первичные черные дыры» — серьезный кандидат на роль темной материи.

Подтвердить существование невидимых объектов, конечно, сложно, но они могут выдать себя в результате взаимодействия с другими объектами. Стивен Хокинг был первым, кто в 1970-х годах выдвинул идею о том, что в очень редких случаях вновь формирующиеся звезды могут захватывать небольшие первичные черные дыры массой примерно с астероид.

В этом случае черная дыра опустилась бы к центру звезды, но не уничтожила бы своего хозяина. Когда звезды осуществляют реакции ядерного синтеза внутри себя, интенсивная энергия течет наружу, и это давление удерживает звезду от коллапса. Но это также ограничило бы количество газа, которое могло бы питать гипотетическую черную дыру в центре звезды.

Это интригующая идея, но действительно ли она означает, что два таких разных объекта смогут жить в гармонии? Для нового исследования ученые из Института астрофизики Макса Планка смоделировали эволюцию так называемых «звезд Хокинга», используя разные стартовые массы черной дыры.

И, к их удивлению, звезды Хокинга оказались более стабильными, чем можно было ожидать, и их было практически невозможно идентифицировать снаружи.

«Звезды, имеющие в центре черную дыру, могут жить на удивление долго», — сказал Эрл Патрик Беллинджер, ведущий автор исследования. «Даже наше Солнце может даже иметь в центре себя черную дыру такой же массы, как планета Меркурий, и мы этого не заметим».

Однако есть способ, с помощью которого астрономы смогут обнаружить такие звезды. Черная дыра создаст различные модели конвекции глубоко внутри звезды, которые потенциально можно будет обнаружить с помощью метода, называемого астеросейсмологией. По сути, он предполагает изучение того, как звуковые волны проходят через звезды и влияют на их поверхностную яркость.

Последствия обнаружения звезды Хокинга будут огромными. Это открытие станет первым подтверждением существования первичных черных дыр – и если они существуют, то внезапно мы сможем получить ответ на загадку темной материи — одну из самых великих тайн, стоящих перед космологией.

«Есть веские основания полагать, что звезды Хокинга будут обычным явлением в шаровых скоплениях и ультратусклых карликовых галактиках», — сказал профессор Мэтт Каплан, автор исследования.

«Это означает, что звезды Хокинга могут стать инструментом для проверки как существования первичных черных дыр, так и их возможной роли в качестве темной материи».

В рамках будущих проектов, таких как PLATO, такие объекты могут быть обнаружены. Однако необходимы дальнейшие симуляции, чтобы определить последствия помещения черных дыр в звезды различной массы и металличности.

Исследование было опубликовано в Астрофизическом журнале.