Внутри звезд могут жить черные дыры как паразиты — новое исследование

Последние расчеты физиков-теоретиков показывают, что микроскопические черные дыры могут существовать в недрах плотных звезд в качестве гравитационных паразитов. Минимальная масса такого объекта для начала непрерывного роста составляет всего около 40 метрических тонн, что сопоставимо с весом груженого грузовика. Результаты исследования, описывающего механизм выживания сверхлегких черных дыр за счет темной материи, опубликованы в журнале Physical Review D.

С точки зрения устоявшихся теорий современной астрофизики, легкие черные дыры не способны сохранять стабильность на протяжении масштабных космических эпох и достаточно быстро разрушаются". В 70-х годах Стивен Хокинг математически обосновал, что эти объекты непрерывно теряют массу из-за квантового эффекта, получившего название излучения Хокинга. Чем меньше изначальный размер черной дыры, тем интенсивнее идет потеря энергии. В вакууме объект массой 40 тонн испарился бы за доли секунды. Однако новые расчеты демонстрируют, что плотная звездная среда может влиять на термодинамический баланс.

Исследователи смоделировали поведение гипотетической асимметричной темной материи внутри компактных остатков звездной эволюции — белых карликов и нейтронных звезд. Эти стабильные тяжелые частицы проникают в звезду, теряют кинетическую энергию из-за рассеяния на нуклонах и гравитационно захватываются ядром. Со временем в центре звезды формируется сверхплотный сгусток, который коллапсирует в микроскопическую черную дыру.

С этого момента начинается конкуренция двух физических процессов: испарения по Хокингу и аккреции (поглощения) окружающего вещества. Когда приток материи превышает потери, дыра стабилизируется. Критический порог массы зависит от локальной концентрации темной материи. В центре галактики, где плотность этого вещества максимальна, для выживания внутри белого карлика стартовая масса черной дыры может составлять 40 тонн. Для нейтронной звезды в этом же регионе требуется масса от 600 тонн.

Преодолев минимальный порог, черная дыра переходит в стадию непрерывного роста, которая завершается полным поглощением звезды-хозяина. Данная теоретическая концепция позволяет космологам использовать сами звезды в роли детекторов. Поскольку в Млечном Пути существуют белые карлики возрастом более десяти миллиардов лет и древние миллисекундные пульсары, процесс их внутреннего разрушения не является массовым. Сохранность объектов накладывает строгие физические ограничения на свойства темной материи.

Источник: phys.org