Физики: темная материя может превратить черную дыру в «паразита» внутри звезды

Физики выяснили, что микроскопические черные дыры массой всего с груженый грузовик способны не просто выживать внутри звезд, но и пожирать последних изнутри благодаря темной материи. Новое исследование, вышедшее в Physical Review D, переворачивает устоявшиеся представления о термодинамике гравитационных объектов: в недрах белых карликов и нейтронных звезд крошечные черные дыры преодолевают квантовое испарение и запускают процесс постепенного коллапса звезды-хозяина.

Еще в 1974 году Стивен Хокинг показал, что черные дыры неизбежно теряют массу за счет квантового излучения. Чем меньше объект, тем быстрее идет его распад. По этой причине первичные черные дыры легче миллиарда тонн не могли дожить до эпохи современных телескопов. Однако авторы нового исследования доказали: мелкие черные дыры способны возникать значительно позже — прямо внутри компактных звездных остатков.

Белые карлики и нейтронные звезды обладают колоссальной плотностью и выступают идеальными гравитационными ловушками для гипотетических тяжелых частиц темной материи. Не аннигилируя друг с другом, эти частицы оседают в звездных ядрах. Когда их плотность достигает критического предела, гравитация сжимает темную материю в крошечную «паразитическую» черную дыру.

С этого момента начинается фундаментальная борьба двух физических процессов: излучение Хокинга стремится мгновенно испарить зародыш, тогда как аккреция обычного звездного вещества и постоянный приток темной материи питают его рост. 

Ключевым фактором выживания гравитационного зародыша оказалась именно темная материя. Если исключить подпитку ей, черной дыре потребовалась бы масса не менее 10 миллиардов килограммов, чтобы не испариться под действием квантовых эффектов. Однако непрерывный дождь из тяжелых невидимых частиц радикально снижает этот порог.

В плотном галактическом балдже, где концентрация темной материи максимальна, критическая масса черной дыры внутри белого карлика может быть всего до 40 тонн. Это сопоставимо с весом тяжелой фуры — ничтожная величина в масштабах Вселенной. Для нейтронной звезды в том же регионе критический порог составляет около 600 тонн. Преодолев этот рубеж, гравитационный паразит начинает неумолимо расти, со временем полностью поглощая звезду.

Полученный вывод имеет фундаментальное значение для космологии. Логика исследователей работает и в обратном направлении: если бы гипотетическая темная материя стимулировала слишком быстрое зарождение черных дыр, древнейшие компактные объекты Вселенной уже были бы уничтожены.

Тот факт, что белые карлики и миллисекундные пульсары стабильно светят на протяжении миллиардов лет, позволяет исключить целый ряд моделей темной материи и наложить жесткие ограничения на силу ее взаимодействия с барионным веществом.

Звезда, поглотившая черную дыру, создала аномальную сверхновую в дальнем космосе

Черная дыра провалились в звезду и поглотила ее изнутри

Черные дыры внутри звезд: объяснены странные объекты ранней Вселенной

Астрофизики открыли новый тип космических объектов — черную дыру-звезду

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX