Концепция микроскопической эндопаразитарной черной дыры (ЭПЧД) внутри звезды в исполнении нейрохудожника.
Астрономическая черная дыра необязательно должна начинать жизнь как космический монстр массой в миллионы, тысячи или хотя бы десятки солнц. Согласно новому исследованию индийских астрофизиков, внутри плотной звезды теоретически может появиться крошечная черная дыра массой всего около 40 метрических тонн. И если рядом окажется достаточный запас темной материи, такой космический «паразит» способен не испариться, а постепенно вырасти — вплоть до полного уничтожения звезды-хозяйки. Исследование опубликовано в журнале Physical Review D. Без регистрации статья доступна на портале arXiv.
Черная дыра, которая сначала должна выжить
На первый взгляд 40 тонн для черной дыры звучат почти как шутка. Но проблема как раз в том, что чем меньше черная дыра, тем быстрее она теряет массу из-за излучения Хокинга. Если испарение окажется сильнее притока вещества, объект быстро исчезнет.
Исследователи рассмотрели другой сценарий. Нейтронная звезда или белый карлик способны захватывать гипотетические сверхтяжелые частицы темной материи. Если эти частицы не уничтожают друг друга в результате аннигиляции, они могут постепенно скапливаться в центре звезды. В какой-то момент их собственной гравитации становится достаточно, чтобы произошел коллапс и возникла миниатюрная черная дыра. Авторы назвали ее эндопаразитарной черной дырой (ЭПЧД).
Дальше начинается настоящая гонка: новоиспеченная черная дыра поглощает обычное вещество звезды и продолжает получать темную материю, одновременно теряя массу из-за излучения Хокинга. Если «подпитка» берет верх над испарением, ЭПЧД растет.
Критический минимум
Авторы работы рассчитали критическую массу, ниже которой рост черной дыры становится невозможным. Без дополнительной подпитки темной материей характерный порог для компактных звезд составляет 10 млн тонн. Но темная материя способна радикально изменить картину.
Для белого карлика в той области Млечного Пути, где находится Солнечная система, критическая начальная масса оценивается примерно в 10 тыс. тонн. А вот в гораздо более богатом темной материей центре галактики она теоретически снижается до 40 тонн. Для нейтронной звезды в галактическом балдже расчетный порог составляет около 600 тонн.
Авторы не утверждают, что обнаружили ЭПЧД массой 40 тонн. Речь идет о теоретической модели, показывающей, что при определенных условиях такой объект может иметь положительный прирост массы.
Если рост продолжится достаточно долго, ЭПЧД в конце концов способна поглотить звезду целиком, превратившись в полноценную черную дыру звездной массы.
Схематическая иллюстрация конкурирующих процессов, управляющих эволюцией эндопаразитарной черной дыры (ЭПЧД) внутри компактной звезды. ЭПЧД одновременно накапливает барионную материю из звездной среды (черные стрелки) и захватывает частицы темной материи (синие стрелки), теряя при этом массу из-за излучения Хокинга (красные стрелки). На трех панелях показаны возможные режимы: (а) преобладает аккреция, и ЭПЧД растет, (б) баланс между аккрецией и испарением по Хокингу уравновешивается, и ЭПЧД сохраняет приблизительно постоянную массу, и (в) преобладает испарение по Хокингу, а ЭПЧД сжимается и в конечном итоге испаряется. Относительное количество стрелок схематично отображает соотношение между соответствующими массовыми расходами. В случае (b) ЭПЧД может иметь массу всего 40 метрических тонн. Автор: Х. А. АдаршаЗвезды как детекторы темной материи
У этой идеи есть любопытный «обратный ход». Если темная материя действительно способна создавать внутри компактных звезд растущие черные дыры, то само существование очень старых белых карликов и миллисекундных пульсаров становится ограничителем для таких моделей.
Иными словами, звезды могут миллиарды лет проводить для физиков естественный эксперимент: если бы определенные частицы темной материи вели себя слишком активно, некоторые древние звезды просто не дожили бы до наших дней, превратившись в черные дыры «изнутри».
Исследователи отмечают, что на результат могут влиять дополнительные факторы, в частности угловая скорость звезды и ее магнитные поля. Поэтому 40 тонн — не универсальная «масса космического убийцы», а минимальный результат для конкретных рассмотренных условий.
Речь в исследовании идет не о наблюдаемой черной дыре внутри конкретной звезды, а о расчетном сценарии. Наш главный вывод куда прозаичнее и одновременно интереснее: темная материя способна изменить судьбу крошечной черной дыры настолько, что объект, который в обычных условиях должен быстро испариться, теоретически может начать расти.H. A. Adarsha
Тема ЭПЧД перекликается с материалом Hi-Tech Mail о том, как изображения окрестностей черных дыр могут помочь искать невидимую темную материю.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
