Астрофизики смоделировали эволюцию Солнца с черной дырой вместо ядра

Черные дыры, которые по массе сопоставимы со звездами, формируются при коллапсе ядра массивной звезды после ее смерти или при слиянии таких звезд. Астрономы встречают подобные объекты в процессе наблюдений, а вот черные дыры массой с планету или спутник им не попадаются, что неудивительно, ведь эти объекты должны быть очень маленькими. Тем не менее, по словам некоторых ученых, небольшие черные дыры могли сформироваться сразу после Большого взрыва.

Первичные черные дыры — строго гипотетические объекты. Предполагается, что они могли образоваться напрямую при коллапсе вещества в образовавшихся случайно чрезвычайно плотных областях молодой Вселенной. Причем, по расчетам, их могло быть довольно много.

За прошедшие миллиарды лет маленькие черные дыры массой до 10¹² килограммов должны были «испариться» излучением Хокинга. А вот более массивные не должны были сильно измениться в своей массе. Поэтому есть предположения, что первичные черные дыры массой 10¹⁴-10²⁰ килограммов (сопоставимо с массой астероидов) могут составлять часть темной материи. При такой массе они должны быть размером с атом водорода.

Идея, что некоторые из таких первичных черных дыр могли оказаться в центре звезд, не нова. Еще Стивен Хокинг в 1971 году рассчитал, что Солнце могло поглотить подобный объект массой до 10¹⁴ килограммов, и тогда часть его светимости можно объяснить аккрецией на поверхность первичной черной дыры.

Конечно, в центре нашей звезды с высокой вероятностью нет черной дыры, но Эрл Беллингер из Института астрофизики Макса Планка (Германия) решил смоделировать теоретическую эволюцию такого тела. По словам ученого, на эту идею его навела песня Black Hole Sun группы Soundgarden. Результаты работы опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

Беллингер и его коллеги рассчитали, что черная дыра массой с Цереру или Плутон (около 10²¹ килограммов), попавшая в центр звезды, сможет значительно нарастить свою массу всего за несколько сотен миллионов лет. При этом падающая в дыру материя сформирует диск, который за счет трения разогреется и начнет светиться.

По словам соавтора статьи Мэтта Каплана, физика-теоретика из Университета штата Иллинойс (США), когда объект достигнет массы Земли (порядка 10²⁴ килограммов), звезда превратится в объект, который получает большую часть своей энергии от черной дыры. Исследователи предложили назвать такие тела «звездами Хокинга».

По результатам их моделирования получилось, что черная дыра в центре незначительно влияет на первые этапы эволюции звезды. Поэтому и Солнце может быть «звездой Хокинга» с первичной черной дырой астероидной массы в центре.

Авторы сделали вывод, что такой объект может продержаться миллиарды лет в форме субсубгиганта или красного страгглера. Они также предположили, что отличить «звезды Хокинга» от обычных звезд можно по вибрациям на поверхности.

Важно сказать, что ученые рассмотрели лишь приблизительные сценарии эволюции таких звезд при разных массах первичных черных дыр, причем используя программы моделирования, в которых не предусмотрена физика аккреции микроскопических черных дыр. И поэтому они призвали создателей добавить возможность таких теоретических расчетов.