Существование первичных чёрных дыр (ПЧД) до сих пор остается гипотезой. Предполагается, что эти объекты сформировались в эпоху ранней Вселенной под влиянием экстремальных физических условий — не в результате коллапса звезд, а вследствие прямого уплотнения субатомной материи. Ученые активно обсуждают версию, согласно которой именно ПЧД могут составлять значительную часть темной материи.
Вопрос о типичных размерах таких тел остается открытым. По некоторым теориям, масса ПЧД сопоставима с астероидной, что позволяет им быть поглощенными звездами. Каким образом это происходит, как трансформируются звезды в таких условиях и можно ли зафиксировать подобные события — основные темы недавнего научного доклада.
Исследование под названием «Жизнь и смерть звезд, поглощающих первичные чёрные дыры», опубликованное на портале arxiv.org, возглавил Оре Готтлиб из Массачусетского технологического института (MIT).
Существуют разные оценки массы ПЧД: от крайне малых до звездных величин. Промежуточный вариант — от массы астероида до размера Луны — особенно интересен для исследователей.
«Звезды служат уникальным инструментом для изучения этого диапазона, — отмечают авторы. — Если ПЧД вносят существенный вклад в темную материю, их плотность в галактике должна быть значительно выше, чем у черных дыр, возникших из звезд. Это повышает вероятность их частого захвата звездными системами».
Для проверки этой гипотезы команда Готтлиба создала комплексную модель эволюции звезд с учетом магнитогидродинамических процессов.
Выяснилось, что прямой захват ПЧД одиночной звездой — явление редкое. Гораздо вероятнее сценарий «трех тел», где ПЧД постепенно переходит на связанную орбиту благодаря взаимодействию со спутниками звезды, совершая все более глубокие и диссипативные проходы сквозь звездные недра.
Попав в ядро, ПЧД начинает активно поглощать вещество, превращая звезду в так называемую «звезду Хокинга». Дальнейшая судьба объекта зависит от интенсивности аккреции и обратной связи.
Возможны два исхода, оба ведут к гибели светила. Первый: аккреция по типу Бонди провоцирует формирование аккреционного диска и мощных релятивистских джетов. Это приводит к катастрофическому взрыву, полностью уничтожающему звезду. Второй вариант: при подавлении аккреции звезда продолжает существовать в квазистационарном режиме, постепенно меняя свою светимость и внутреннюю структуру, пока не превратится в компактный объект с массой, равной массе исходной звезды.
Ключевой фактор здесь — образование диска, которое определяется моментом импульса. Переход через критический порог запускает процесс разрушения за считанные минуты. Взрывная ветвь развития оставляет после себя быстро вращающуюся черную дыру малой массы, а «тихая» — более массивный остаток.
Обнаружение таких событий стало бы прорывом. Взрывная ветвь проявляется через короткие рентгеновские вспышки, за которыми следует ультрафиолетовое излучение, не имеющее признаков классической сверхновой. «Тихая» ветвь может быть детектирована через гравитационные волны, возникающие при слиянии компактных объектов нестандартной массы.
Авторы подчеркивают: данное исследование служит своего рода дорожной картой. Оно очерчивает критические узлы, от которых зависит финал жизни «звезд Хокинга», и закладывает фундамент для будущих астрофизических наблюдений и более детального математического моделирования.
