Астрофізики змоделювали еволюцію Сонця з чорною дірою замість ядра

Автори нової роботи припустили, що деякі зірки сформувалися навколо первинних чорних дір невеликої маси. Вони розрахували, який вигляд може мати життя таких зірок, і дійшли висновку, що в центрі Сонця може бути чорна діра.

Чорні діри, які за масою можна порівняти із зірками, формуються під час колапсу ядра масивної зірки після її смерті або під час злиття таких зірок. Астрономи зустрічають подібні об’єкти в процесі спостережень, а ось чорні діри масою з планету або супутник їм не трапляються, що не дивно, адже ці об’єкти мають бути дуже маленькими. Проте, за словами деяких учених, невеликі чорні діри могли сформуватися відразу після Великого вибуху.

Первинні чорні діри – строго гіпотетичні об’єкти. Передбачається, що вони могли утворитися безпосередньо під час колапсу речовини в надзвичайно щільних областях молодого Всесвіту, що утворилися випадково. Причому, за розрахунками, їх могло бути досить багато.

За минулі мільярди років маленькі чорні діри масою до 1012 кілограмів повинні були “випаруватися” випромінюванням Гокінга. А ось більш масивні не повинні були сильно змінитися у своїй масі. Тому є припущення, що первинні чорні діри масою 1014-1020 кілограмів (можна порівняти з масою астероїдів) можуть становити частину темної матерії. За такої маси вони мають бути розміром з атом водню.

Ідея, що деякі з таких первинних чорних дір могли опинитися в центрі зірок, не нова. Ще Стівен Гокінг 1971 року розрахував, що Сонце могло поглинути подібний об’єкт масою до 1014 кілограмів, і тоді частину його світності можна пояснити акрецією на поверхню первинної чорної діри.

Звісно, у центрі нашої зірки з високою ймовірністю немає чорної діри, але Ерл Беллінгер з Інституту астрофізики Макса Планка (Німеччина) вирішив змоделювати теоретичну еволюцію такого тіла. За словами вченого, на цю ідею його навела пісня Black Hole Sun гурту Soundgarden. Результати роботи опубліковано в журналі The Astrophysical Journal.

Беллінгер і його колеги розрахували, що чорна діра масою з Цереру або Плутон (близько 1021 кілограмів), що потрапила в центр зірки, зможе значно наростити свою масу всього за кілька сотень мільйонів років. При цьому матерія, що падає в діру, сформує диск, який за рахунок тертя розігріється і почне світитися.

Зміна яскравості Бетельгейзе у 2019-2020 роках. Бетельгейзе – червоний надгігант. Її еволюція завершиться вибухом наднової. Із залишку утворюється нейтронна зірка або чорна діра / © ESO, M. Montargès et al..

За словами співавтора статті Метта Каплана, фізика-теоретика з Університету штату Іллінойс (США), коли об’єкт досягне маси Землі (приблизно 1024 кілограми), зірка перетвориться на об’єкт, який отримує більшу частину своєї енергії від чорної діри. Дослідники запропонували назвати такі тіла “зірками Гокінга”.

За результатами їхнього моделювання вийшло, що чорна діра в центрі незначно впливає на перші етапи еволюції зірки. Тож і Сонце може бути “зіркою Гокінга” з первинною чорною дірою астероїдної маси в центрі.

Автори зробили висновок, що такий об’єкт може протриматися мільярди років у формі субсубгіганта або червоного страгглера. Вони також припустили, що відрізнити “зірки Гокінга” від звичайних зірок можна за вібраціями на поверхні.

Важливо сказати, що вчені розглянули лише приблизні сценарії еволюції таких зірок за різних мас первинних чорних дір, до того ж використовуючи програми моделювання, в яких не передбачено фізики акреції мікроскопічних чорних дір. І тому вони закликали творців додати можливість таких теоретичних розрахунків.