Чёрные дыры обычно ассоциируются с гибелью массивных звёзд или столкновениями сверхплотных объектов. Однако существует и гораздо более экзотическая гипотеза. Некоторые физики предполагают, что во Вселенной могут существовать так называемые первичные чёрные дыры — объекты, возникшие не в результате звёздной эволюции, а практически сразу после Большого взрыва.
Если такие чёрные дыры действительно существуют, то время от времени они могут взаимодействовать с обычными звёздами. Новое теоретическое исследование рассматривает необычный вопрос: что произойдёт, если звезда захватит подобную чёрную дыру и она окажется внутри её недр?
Ответ оказался значительно интереснее, чем можно было ожидать. Согласно расчётам, в некоторых случаях звезда может долгое время продолжать существовать, постепенно скрывая внутри себя практически невидимого космического «паразита».
Что такое первичные чёрные дыры
Большинство известных чёрных дыр появляются после смерти очень массивных звёзд или при слиянии компактных объектов, например нейтронных звёзд.
Первичные чёрные дыры представляют собой совершенно иную гипотетическую категорию.
Согласно ряду космологических моделей, в первые мгновения существования Вселенной плотность вещества могла быть настолько высокой и неравномерной, что в отдельных областях происходил гравитационный коллапс с образованием миниатюрных чёрных дыр.
Если подобные объекты возникли, некоторые из них могли сохраниться до наших дней.
Их массы в разных моделях могут сильно различаться — от очень небольших до сопоставимых с массой астероидов или даже звёзд.
Почему они интересуют учёных
Интерес к первичным чёрным дырам связан не только с их экзотической природой.
Некоторые исследователи рассматривают их как возможных кандидатов на роль тёмной материи — загадочного вещества, которое проявляет себя через гравитацию, но практически не взаимодействует со светом.
Хотя эта гипотеза остаётся спорной и имеет серьёзные ограничения, она продолжает активно изучаться.
Если хотя бы часть тёмной материи действительно состоит из первичных чёрных дыр, они могут время от времени проходить через звёзды или даже задерживаться внутри них.
Может ли звезда захватить чёрную дыру
В обычных условиях вероятность такого события крайне мала.
Космос почти пуст, а размеры даже самых крупных звёзд ничтожны по сравнению с расстояниями между ними.
Тем не менее за миллиарды лет существования галактик подобные редкие взаимодействия теоретически могут происходить.
Если небольшая первичная чёрная дыра пролетит через звезду с подходящей скоростью и потеряет достаточное количество энергии, она способна оказаться гравитационно связанной с ней.
После этого объект начнёт постепенно смещаться к центральным областям звезды.
Что происходит после попадания внутрь
Интуитивно можно предположить, что чёрная дыра быстро поглотит всю звезду.
Однако расчёты показывают значительно более сложную картину.
Если масса первичной чёрной дыры невелика, скорость поглощения окружающего вещества оказывается относительно низкой.
Звезда продолжает вырабатывать энергию, а чёрная дыра медленно накапливает массу за счёт вещества в её центральных областях.
Этот процесс может растянуться на очень длительное время.
С внешней стороны такая звезда способна выглядеть почти обычной.
Скрытый объект в сердце звезды
Одним из наиболее необычных выводов исследования стало предположение, что наличие первичной чёрной дыры не обязательно сразу меняет внешний вид светила.
Звезда может сохранять привычную яркость, температуру и общие характеристики, оставаясь практически неотличимой от других объектов своего класса.
При этом в её центре будет находиться компактная чёрная дыра, постепенно поглощающая окружающее вещество.
Подобные объекты иногда называют своеобразными «заражёнными» звёздами, хотя речь идёт исключительно о метафоре.
Влияние на эволюцию звезды
По мере роста чёрной дыры внутреннее строение звезды начинает меняться.
Увеличивается скорость аккреции вещества, изменяются процессы переноса энергии, а баланс между гравитацией и внутренним давлением постепенно нарушается.
В зависимости от массы звезды и характеристик самой чёрной дыры возможны различные сценарии дальнейшего развития.
В одних случаях изменения могут быть практически незаметны в течение огромных промежутков времени.
В других накопленный эффект способен существенно повлиять на финальные стадии эволюции светила.
Можно ли обнаружить такие объекты
Это одна из самых сложных задач.
Если звезда почти не отличается от обычной, выявить скрытую внутри неё чёрную дыру чрезвычайно трудно.
Тем не менее исследователи предполагают, что подобные системы могут иметь тонкие наблюдательные особенности.
Например, они способны демонстрировать необычные изменения светимости, нетипичную структуру внутренних колебаний или иные признаки, связанные с перестройкой недр.
Современные методы астрофизики уже позволяют изучать внутреннее строение некоторых звёзд по их колебаниям, поэтому в будущем такие наблюдения могут оказаться полезными.
Возможная связь с тёмной материей
Если существование первичных чёрных дыр подтвердится, это станет одним из крупнейших открытий современной физики.
В таком случае появится новая возможность объяснить природу хотя бы части тёмной материи.
Кроме того, взаимодействие этих объектов со звёздами поможет понять, как они распределены по галактикам и насколько распространены во Вселенной.
Однако пока ни одного убедительного подтверждения существования первичных чёрных дыр не получено.
Все подобные сценарии остаются предметом теоретических исследований и требуют проверки наблюдениями.
Почему подобные работы имеют значение
На первый взгляд изучение столь редких событий может показаться отвлечённым занятием.
Однако именно такие исследования позволяют учёным заранее определить, какие признаки следует искать в наблюдательных данных.
Если астрономы будут знать, как должна выглядеть звезда со скрытой первичной чёрной дырой, вероятность её обнаружения существенно возрастёт.
Кроме того, подобные модели помогают проверять фундаментальные космологические теории и лучше понимать процессы, происходившие в первые мгновения после рождения Вселенной.
Первые секунды после Большого взрыва могли оставить следы до наших дней
Современная космология всё чаще обращается к событиям, происходившим в самые ранние эпохи существования Вселенной. Многие процессы того времени невозможно наблюдать напрямую, однако они могли оставить косвенные следы, сохранившиеся до настоящего времени.
Первичные чёрные дыры являются одним из таких возможных следов. Если они действительно существуют, то способны стать уникальными «капсулами времени», несущими информацию о физических условиях первых мгновений космической истории.
Теория, ожидающая проверки
Исследование взаимодействия звёзд с первичными чёрными дырами не утверждает, что подобные объекты уже обнаружены. Оно лишь демонстрирует, какие последствия могли бы возникнуть, если такие чёрные дыры существуют и иногда оказываются захваченными звёздами.
Полученные результаты показывают, что подобные системы не обязательно должны быстро разрушаться или проявлять себя яркими катастрофическими событиями. Напротив, они могут на протяжении очень долгого времени оставаться практически незаметными, скрывая в своих недрах необычный объект, возникший, возможно, ещё на заре существования Вселенной.
Если будущие наблюдения подтвердят существование таких звёзд, это станет не только важным открытием в астрофизике, но и поможет приблизиться к разгадке происхождения тёмной материи и событий, происходивших в первые доли секунды после Большого взрыва.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
