Говорят, что в бесконечной вселенной может случиться что угодно. Наша Вселенная может считаться бесконечной, а может и не считаться, но там определенно происходят какие-то странные вещи – и, как выяснилось, черная дыра, находящаяся прямо в центре звезды, даже не оценивается так высоко в мире ставок на невероятность. Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal.
Действительно, «Звезды, имеющие в своем центре черную дыру, могут жить на удивление долго», — говорит Эрл Беллинджер из Йельского университета, который провел недавнее исследование того, осуществим ли этот сценарий. «Наше Солнце может даже иметь в центре черную дыру, такую же массивную, как планета Меркурий, и мы этого не заметим».
Мы знаем, что это звучит невозможно – в конце концов, черные дыры во многом определяются их способностью поглощать все, что оказывается слишком близко. Мы все видели «Звездный путь» 2009 года; мы знаем, что происходит, когда вы создаете черную дыру внутри астрономического тела, и предупреждаем, спойлер: для тела это плохо кончается.
За исключением того, что, по мнению Беллинджера и его коллег, это не просто сработает — потенциально оно может прояснить одну из самых непреодолимых загадок Вселенной: где, черт возьми, скрывалась вся темная материя.
«Проблема темной материи теперь стала серьезной», — пишут Беллинджер и его команда в своей статье. «Многочисленные доказательства […] указывают на то, что большая часть материи во Вселенной невидима. Тем не менее, несмотря на почти столетние исследования, происхождение этого вопроса остается неизвестным, и не появилось никаких убедительных доказательств решения».
Однако с 70-х годов появилось одно потенциальное объяснение, которое продолжает всплывать: первичные черные дыры. Впервые предложенные еще в 1966 году, существование этих младенцев так и не было доказано. частиц.
Почему нас должно волновать, существуют ли эти древние космические зыбучие пески? Что ж, предполагается, что если бы их было достаточно, созданных в нужный момент и колеблющихся вокруг правильных размеров, то они могли бы на самом деле быть тем, что функционирует как темная материя Вселенной.
Конечно, с этой идеей есть проблема: свидетельств существования первичных черных дыр пока еще меньше, чем свидетельств существования темной материи. Без какого-то ранее не обнаруженного прорыва последствия этой, по общему признанию, заманчивой гипотезы остались бы неизвестными.
Однако, к счастью, Беллинджер и его коллеги осознали именно это. Что, если, предложили они, мы просто проигнорируем все это и все равно сделаем это?
«Ученые иногда задают сумасшедшие вопросы, чтобы узнать больше», — сказала Сельма де Минк, директор звездного отдела Института астрофизики Макса Планка и один из соавторов статьи. «Мы даже не знаем, существуют ли такие первичные черные дыры, но мы все равно можем провести интересный мысленный эксперимент».
Итак: если мы предположим, что темная материя действительно состоит из этих крошечных первичных черных дыр, что произойдет? Что ж, первое, что поняла команда, это то, что их будет чертовски больше, чем мы думали: они «будут гораздо более многочисленными и гораздо более плотно расположенными, чем звезды», отмечает газета, «поднимая возможность их захвата звездами или звездообразующими облаками».
То, что произошло дальше, зависело от того, насколько велика была первичная черная дыра: очень маленькая – скажем, размером с атом – вообще мало что могла бы сделать, несмотря на то, что она находилась буквально прямо в центре звезды. В этом случае «чтобы съесть звезду, может потребоваться больше времени, чем время жизни Вселенной», — сказал Беллинджер.
Но черная дыра размером с астероид или небольшую луну могла бы стать большой и быстро – хотя, честно говоря, мы говорим здесь об астрономических временных масштабах, поэтому «быстро» по-прежнему означает «сотни миллионов лет». Результатом будет нечто, практически неотличимое от обычной звезды, но в то же время фундаментально иное: «Он станет объектом, питаемым черной дырой, а не объектом, работающим на термоядерном синтезе», — говорит соавтор исследования Мэтт Каплан из Университета штата Иллинойс.
Конечно, тут же возникает другой вопрос: если эти «звезды Хокинга», как их окрестила команда, настолько похожи на обычные виды, как мы когда-нибудь узнаем разницу?
Оказывается, ответ столь же причудлив, как и остальная часть исследования. Вы просто слушаете их.
«Основное различие между такой звездой Хокинга и обычной звездой будет находиться вблизи ядра, которое станет конвективным из-за аккреции на черную дыру», — объясняет Общество Макса Планка в заявлении об исследовании. «Однако его можно обнаружить с помощью относительно новой области астеросейсмологии, где астрономы используют акустические колебания для исследования недр звезды».
В противном случае исследователи могли бы сканировать небо в поисках странных красных гигантов – тех, которые холоднее, чем должны быть. Такая низкая температура может быть признаком скрытой черной дыры в центре звезды, а не обычного звездного ядра, и вот что действительно интересно: нам уже известно около 500 из них.
Вот почему следующим шагом Беллинджера будет получение финансирования для поиска этих «красных отставших», как их называют, и выяснения, действительно ли кто-нибудь из них демонстрирует признаки ядра черной дыры.
«Мы стремимся выполнить подробную астеросейсмическую характеристику звезд, питаемых [первичными черными дырами]», — пишет команда. «Если они представляют уникальную подпись, то эти объекты потенциально могут быть обнаружены через архивы данных миссий CoRoT, Kepler и TESS».
В лучших традициях «Звездного пути» он полагается на множество надежд и неизвестностей, но это может сработать.
«Есть веские основания полагать, что звезды Хокинга будут обычным явлением в шаровых скоплениях и ультратусклых карликовых галактиках», — сказал Каплан. «Это означает, что звезды Хокинга могут стать инструментом для проверки как существования первичных черных дыр, так и их возможной роли в качестве темной материи».
