Какво се случва, ако поставите черна дупка на слънце?

В хипотетичен сценарий малки първични черни дупки могат да бъдат уловени от новоформиращи се звезди. Международен екип, ръководен от изследователи от Института по астрофизика Макс Планк, моделира еволюцията на така наречените „звезди на Хокинг“ и установи, че те могат да имат изненадващо дълъг живот, наподобявайки обикновените звезди в много аспекти. Астросеизмологията може да помогне за идентифицирането на такива звезди, което от своя страна може да тества съществуването на първични черни дупки и тяхната роля като компонент на тъмната материя.

Нека направим научно упражнение: Ако приемем, че голям брой много малки черни дупки са създадени веднага след Големия взрив (така наречените първични черни дупки), тогава някои от тях може да бъдат уловени по време на формирането на нови звезди. Как ще се отрази това на звездата през живота му?

„Понякога учените задават луди въпроси, за да научат повече“, казва Селма де Минк, директор на отдела за звезди в Института за астрофизика Макс Планк (MPA). „Дори не знаем дали такива първични черни дупки съществуват, но все пак можем да направим интересен мисловен експеримент.“

Предполага се, че първичните черни дупки са се образували в ранната вселена с широк диапазон от маси, от някои малки като астероид до хиляди слънчеви маси. Те биха могли да образуват важен компонент на тъмната материя, както и да бъдат семената на свръхмасивни черни дупки в центъра на сегашните галактики.

Концепция на художник за поставяне на малка черна дупка в центъра на слънцето в мисловен експеримент. Кредит: © MPA, фоново изображение: Wikimedia/Creative Commons.

С много малка вероятност новообразувана звезда може да улови звезда Черна дупка С масата на астероид или малка луна, която тогава ще заеме центъра на звездата. Такава звезда се нарича звезда на Хокинг на името на Стивън Хокинг, който за първи път предложи идеята в статия през 70-те години. Черната дупка в центъра на звездата на Хокинг ще расте само бавно, тъй като светимостта на потока възпрепятства потока газ, който да захранва черната дупка.

Международен екип от учени вече е моделирал еволюцията на такава звезда с различни първоначални маси на черна дупка и различни модели на натрупване за звездното ядро. Техният изумителен резултат: когато масата на черна дупка е малка, звездата по същество е неразличима от обикновена звезда.

„Звездите, които имат черна дупка в центъра си, могат да живеят изненадващо дълго време“, казва Ърл Патрик Белинджър, MPA Postdoc и сега асистент професор в UCLA. Йейлския университет, който ръководи проучването. „Нашето слънце може да има черна дупка с масивност като планетата Меркурий в центъра си, без ние да забележим.“

Тези две диаграми показват радиалната еволюция на звезда със слънчева маса без (вляво) и с (вдясно) черна дупка с първоначална маса, подобна на астероид. Плътната черна линия показва радиуса на фотосферата, докато пунктираната вертикална линия показва текущата възраст на Слънцето. Червената зона показва къде водородът се превръща в хелий при ядрен синтез, който осигурява по-голямата част от светимостта на Слънцето, докато черната дупка започне да нараства значително (черна зона; за по-ниски възрасти черната дупка е твърде малка, за да се види на тази диаграма ). . Черната дупка се задвижва от конвекция (отвори), която смесва вътрешността на звездата. Обърнете внимание на различния мащаб на у-осите Кредит: © MPA

Основната разлика между звездата на Хокинг и обикновената звезда ще бъде близо до ядрото, което ще стане конвективно поради натрупване върху черната дупка. Това няма да промени свойствата на звездата на нейната повърхност и ще избегне настоящите възможности за откриване. Въпреки това, той може да бъде открит с помощта на сравнително новата област на астросеизмологията, където астрономите използват акустични трептения, за да изследват вътрешността на звезда.

Също така в по-късното си развитие, в етапа на червения гигант, черната дупка може да доведе до отличителни знаци. И с предстоящи проекти като PLATO такива неща могат да бъдат открити. Въпреки това са необходими повече симулации, за да се определят последиците от поставянето на черна дупка в звезди с различни маси и металичност.

Ако първичните черни дупки наистина са се образували малко след появата си голямата експлозияТърсенето на звезди на Хокинг може да е един от начините да ги намерите. „Въпреки че Слънцето се използва като упражнение, има основателни причини да се смята, че звездите на Хокинг ще бъдат често срещани в кълбовидни купове и много слаби галактики джуджета“, казва професор Мат Каплан от Държавния университет на Илинойс, съавтор на изследването.

„Това означава, че звездите на Хокинг могат да бъдат инструмент за тестване на съществуването на първични черни дупки и тяхната потенциална роля като тъмна материя.“

Справка: „Модели на слънчевата еволюция с централна черна дупка“ от Ърл Б. Белинджър, Мат Е. Каплан, Тайхо Рю, Дипика Булимбали и Ерик Х. Пол, Флориан Конъл, Р. Farmer, S. E. de Mink и Jørgen Christensen-Dalsgaard. 13 декември 2023 г., на Астрофизичен вестник.
doi: 10.3847/1538-4357/ad04de