|
Могут ли черные дыры расти внутри звезд
|
|
|
|
Когда люди думают о черных дырах, они представляют себе нечто драматическое: звезда, взрывающаяся в космосе, сжимающаяся сама в себя и образующая космического монстра, который пожирает все вокруг себя. Но что, если черные дыры не всегда начинались с взрыва? Что, если бы вместо этого они начали тихо расти внутри звезд, которые снаружи все еще кажутся живыми, и никто этого не замечает?
|
|
|
|
Наше недавнее астрофизическое исследование, опубликованное в журнале Physical Review D, предполагает, что это может происходить — и история гораздо более странная и увлекательная, чем мы себе представляли.
|
|
|
|
Недавние обнаружения гравитационных волн намекнули на существование черных дыр с массой, близкой к солнечной, и меньшей, чем масса Солнца - гораздо более легких, чем те, которые обычно образуются при взрывах звезд. Это вызывает недоумение. Согласно стандартным моделям, такие маленькие звезды вообще не должны быть способны коллапсировать в черные дыры. Так откуда же берутся эти черные дыры с малой массой?
|
|
|
|
Одна из интригующих теорий предполагает, что эти объекты могут образовываться из темной материи, которую мы все еще с трудом понимаем. Эта невидимая субстанция пронизывает космос, формируя галактики под действием своей гравитации, но ускользая от прямого обнаружения. Некоторые исследователи полагают, что темная материя может медленно накапливаться внутри звезд. В течение длительного времени это накопление может спровоцировать тихий коллапс, в результате которого образуется крошечная черная дыра в сердце звезды, которая в остальном выглядит как обычно.
|
|
|
|
|
|
|
Что произойдет дальше, зависит от звезды. Как только внутри звезды образуется черная дыра, она начинает расти, питаясь окружающим веществом. Но то, как происходит этот рост и каково конечное состояние, в решающей степени зависит от типа звезды и, что самое интересное, от ее вращения.
|
|
Белые карлики: три судьбы, скрытые в ядре
|
|
|
|
Белые карлики - это плотные, компактные остатки солнцеподобных звезд. Размером они примерно с Землю, но обычно меньше или чуть больше массы Солнца, и они сопротивляются дальнейшему коллапсу благодаря тонкому балансу квантового давления. Но если в их центре образуется черная дыра, начинается скрытая война.
|
|
|
|
Вот тут-то и начинается самое интересное. Вращение белого карлика — насколько быстро он вращается — играет решающую роль. В зависимости от его вращения были предложены три возможных варианта развития событий:
|
|
|
|
- Образование черной дыры: если звезда вращается медленно, вещество вокруг ядра легко распадается. Крошечная черная дыра неуклонно растет, в конечном счете поглощая всю звезду целиком и превращая ее в черную дыру с низкой массой.
|
|
|
|
- Формирование голой сингулярности: При определенных промежуточных вращениях коллапс может превысить формирование горизонта событий. Результат? Голая сингулярность — голая черная дыра, которая не скрыта за горизонтом. Эти объекты бросают вызов нашему пониманию физики и могут раскрыть внутреннюю работу самой гравитации. По сути, это новый канал для формирования голой сингулярности с массой, близкой к солнечной, и ниже солнечной.
|
|
|
|
- Замедленная аккреция — гибридная звезда: если белый карлик быстро вращается, рост черной дыры резко замедляется. Сопротивление, вызванное вращением звезды и ее вязкостью, останавливает аккреционный поток, что приводит к образованию полярных воронок, предотвращающих полный коллапс. Черная дыра становится своего рода паразитом: она незаметно внедряется в белого карлика, питаясь очень медленно. Это позволяет белому карлику выживать с небольшой "эндопаразитарной" черной дырой (EBH) в центре. Внешне звезда может казаться обычной, но глубоко внутри нее происходит тихая трансформация.
|
|
|
|
Нейтронные звезды: путь к черной дыре в один конец
|
|
|
|
Нейтронные звезды даже плотнее белых карликов — настолько плотны, что чайная ложка их вещества весила бы миллиард тонн. Масса нейтронной звезды, радиус которой составляет около десяти километров, обычно превышает массу Солнца. Если крошечная черная дыра образуется даже внутри быстро вращающейся нейтронной звезды, то здесь нет никакой двусмысленности.
|
|
|
|
Черная дыра быстро растет, опустошая нейтронную звезду изнутри. В один прекрасный день это нейтронная звезда, а в следующий — черная дыра, преобразованная изнутри, оставляя после себя только тишину.
|
|
Спрятанный у всех на виду
|
|
|
|
Эти скрытые черные дыры могут скрываться внутри звезд, медленно увеличиваясь и оставаясь невидимыми до тех пор, пока не оставят едва заметные следы: странные гравитационные характеристики, необычное охлаждение или нарушения в двойной орбите.
|
|
|
|
Некоторые из этих черных дыр могут оставаться погребенными внутри своих хозяев в течение миллиардов лет. Другие могут в конечном итоге полностью поглотить свои звезды и превратиться в самостоятельные черные дыры (или голые сингулярности) — спустя долгое время после их тихого рождения.
|
|
|
|
Считается, что галактический балдж — структура в форме футбольного мяча в центре нашей галактики - богат частицами темной материи. Открытие черных дыр с массой меньше Солнечной и сингулярностей в этой области может свидетельствовать о том, что они возникли в результате коллапса или превращения белых карликов. По той же причине предсказанная гибридная звезда — выживший белый карлик с небольшой паразитной черной дырой в центре — также может быть обнаружена в этом регионе.
|
|
Прислушиваясь к тишине
|
|
|
|
Эта идея не только переосмысливает смерть звезд, но и открывает новые пути изучения темной материи. Если эти скрытые черные дыры действительно существуют, они могут выступать в качестве естественных детекторов поведения темной материи внутри звезд. И если таким образом рождаются явные сингулярности, мы, возможно, являемся свидетелями нарушения космической цензуры — основополагающего принципа общей теории относительности.
|
|
|
|
Итак, в следующий раз, когда вы будете смотреть на ночное небо, помните: не каждая звезда является тем, чем кажется. Некоторые из них, возможно, проживают тайную историю — мирно сияют, в то время как внутри них тихо растет черная дыра или что-то еще более странное.
|
|
|
|
Источник
|
