В отличие от обычных, первичные черные дыры не рождались из звезд, а возникали при прямом коллапсе плотно упакованной субатомной материи. Теоретики давно задаются вопросом: могут ли эти объекты быть темной материей или ее частью? Специалисты Массачусетского технологического института под руководством Оре Готлиба решили рассмотреть необычный сценарий: что произойдет, если звезда поглотит первичную черную дыру?
По некоторым оценкам, первичные черные дыры могут иметь размер от астероида до Луны — то есть, они достаточно малы, чтобы быть поглощенными звездой. Если эти объекты составляют значительную долю темной материи, их плотность в галактиках должна быть огромной, то есть их захват звездами был вполне вероятным событием.
Ученые разработали первую глобальную модель эволюции звезд, захвативших первичные черные дыры. Расчеты показали, что прямой захват черной дыры, когда она пролетает сквозь звезду, крайне редок. Зато образование тройных систем — звезда плюс планеты — дает реалистичный путь: гравитационные взаимодействия с планетами могут загнать первичную черную дыру на орбиту, пересекающую звезду, после чего повторные проходы «затормаживают» ее внутри системы и звезда ее «проглатывает».
После поглощения черная дыра движется к центру звезды, где начинает аккрецировать — поглощать звездное вещество. Получившийся объект ученые назвали «звездой Хокинга». Дальнейшая судьба такой звезды зависит от скорости аккреции и обратной связи, однако оба вероятных исхода являются смертельными для светила.
Если черная дыра поглощает материал звезды достаточно быстро, формируется аккреционный диск. Мощные потоки вещества и релятивистские джеты разрушают звезду за считанные минуты, производя взрыв. Электромагнитный след такого события включает рентгеновскую вспышку, за которой следует быстрый ультрафиолетовый транзиент длительностью до суток. Если прорывается релятивистский джет, возможен сигнал, похожий на слабый гамма-всплеск продолжительностью около минуты.
Если же аккреция медленная и диск не формируется, черная дыра тихо и постепенно поглощает звезду. Такой «тихий» сценарий потенциально может производить гравитационные волны в будущем, когда остаток черной дыры сольется с другим компактным объектом.
Взрывные события могут быть пойманы телескопами в оптическом, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма‑диапазонах, тихое разрушение звезды в перспективе может проявиться в гравитационных волнах, если такие черные дыры вступят в двойные системы. Особенно показательной могла бы стать находка черной дыры с необычно малой (субсолнечной) массой — это однозначный признак нетипичного происхождения такого объекта.
Авторы подчеркивают, что их работа — дорожная карта: она не дает стопроцентные ответы на вопросы астрономов, а лишь обозначает ключевые этапы, от захвата до взрыва или «тихой смерти» звезды. Но уже сейчас ясно: если первичные черные дыры существуют, судьбы «звезд Хокинга» могут стать одним из лучших способов понять, сколько темной материи скрыто в этих экзотических объектах.
Ранее ученые выяснили, где скрывается недостающая масса Млечного пути.
