Давайте проведем научный эксперимент: если предположить, что большое количество очень маленьких черных дыр (так называемых первичных черных дыр) было создано после Большого взрыва, то некоторые из этих черных дыр могут оказаться в ловушке во время формирования новых звезд. Какое влияние это окажет на продолжительность жизни звезды?

По одному гипотетическому сценарию небольшие первичные черные дыры могут быть захвачены недавно образовавшимися звездами. Международная группа исследователей под руководством исследователей из Института астрофизики Макса Планка смоделировала эволюцию так называемых «звезд Хокинга» и обнаружила, что они могут быть удивительно долгоживущими и во многом напоминать обычные звезды. Астероидометрия может помочь идентифицировать такие звезды, тем самым проверяя существование первичных черных дыр и их роль как компонентов темной материи.

Селмаде Минк, директор звездного отдела Института астрофизики Макса Планка (MPA), сказал: «Ученые иногда задают сумасшедшие вопросы, чтобы узнать больше. Мы даже не знаем, существуют ли такие первичные черные дыры, но мы все равно можем провести интересный мысленный эксперимент».

Первичные черные дыры должны были образоваться в ранней Вселенной, их массы варьировались от размеров астероида до тысяч солнечных масс. Они могут быть важным компонентом темной материи или семенами сверхмассивных черных дыр в центрах современных галактик.

Изображение маленькой черной дыры, помещенной в центре Солнца в ходе мысленного эксперимента. Изображение предоставлено: ©MPA, фоновое изображение: Wikimedia/Creative Commons.

С очень малой вероятностью вновь образовавшаяся звезда может захватить черную дыру с массой, эквивалентной массе астероида или луны, которая затем займет центр звезды. Такие звезды называются «звездами Хокинга» в честь Стивена Хокинга, который впервые предложил эту идею в статье 1970-х годов. Черная дыра в центре такой звезды Хокинга будет расти медленно, потому что исходящая светимость блокирует приток газа, питающего черную дыру.

Теперь международная группа ученых смоделировала эволюцию такой звезды, используя разные начальные массы черной дыры и разные модели аккреции в центре звезды. Они пришли к удивительному результату: когда черная дыра менее массивна, звезда практически неотличима от обычной звезды.

Эрл Патрик Беллинджер, постдок MPA, который руководил исследованием и сейчас является доцентом Йельского университета, сказал: «Звезды с черными дырами в центре имеют удивительно долгую продолжительность жизни. В центре нашего Солнца может даже существовать черная дыра размером с Меркурий, но мы не знаем об этом».

Эти два изображения показывают радиальную эволюцию звезды с массой, аналогичной массе Солнца, без (слева) и с (справа) черной дырой с начальной массой, аналогичной массе астероида. Сплошная черная линия представляет радиус фотосферы, а вертикальная пунктирная линия представляет текущий возраст Солнца. Красная область показывает, где водород превращается при ядерном синтезе в гелий, который обеспечивает большую часть светимости Солнца, прежде чем черная дыра начнет значительно расти (черная область; в более молодом возрасте черная дыра слишком мала, чтобы ее можно было увидеть на этом изображении). Черные дыры создают конвекционные потоки, которые перемешивают самые внутренние части звезд. Обратите внимание на разные масштабы оси Y.

Основное отличие таких звезд Хокинга от обычных звезд состоит в том, что вблизи ядра ядро ​​станет конвективным из-за аккреции черной дыры. Он не меняет свойств поверхности звезды и не может ускользнуть от современных возможностей обнаружения. Однако его можно обнаружить с помощью относительно новой области астеросейсмологии, где астрономы используют акустические колебания для исследования недр звезд.

Кроме того, на более поздних стадиях звездной эволюции, известных как стадия красных гигантов, черные дыры могут производить характерные сигналы. При развитии таких проектов, как PLATO, такие объекты могут быть обнаружены. Однако, чтобы определить последствия размещения черной дыры в звездах различной массы и металличности, потребуются дальнейшие симуляции.

«Если первичные черные дыры действительно образовались вскоре после Большого взрыва, то поиск звезд Хокинга может быть одним из способов их найти». Профессор Мэтт Каплан из Университета штата Иллинойс, соавтор исследования, отметил: «Хотя Солнце используется для практики, у нас есть веские основания полагать, что звезды Хокинга часто встречаются в шаровых скоплениях и сверхтусклых карликовых галактиках. Это означает, что звезды Хокинга могут быть инструментом для проверки существования первичных черных дыр и их возможной роли в качестве темной материи».

Источник составления: ScitechDaily.