Внутри звезд могут жить черные дыры как паразиты — новое исследование

Физики-теоретики допустили, что внутри плотных звезд могут скрываться микроскопические черные дыры, ведущие себя как гравитационные паразиты. Согласно свежим расчетам, для запуска необратимого роста такому объекту достаточно массы всего около 40 метрических тонн — сопоставимо с весом груженого грузовика. Результаты работы, объясняющей механизм выживания сверхлегких черных дыр за счет темной материи, опубликованы в Physical Review D.

С позиций классической астрофизики легкие черные дыры обречены: еще в 1970-х Стивен Хокинг математически доказал, что они непрерывно теряют массу из-за квантового излучения. Чем меньше объект, тем быстрее он «испаряется». В пустом вакууме дыра массой 40 тонн исчезла бы за доли секунды. Однако новая модель показывает, что плотная звездная среда способна радикально изменить термодинамический баланс.

Ученые смоделировали поведение гипотетической асимметричной темной материи внутри белых карликов и нейтронных звезд — компактных остатков звездной эволюции. Стабильные тяжелые частицы проникают в недра светила, теряют кинетическую энергию при столкновениях с нуклонами и гравитационно захватываются ядром. Со временем в центре формируется сверхплотный сгусток, коллапсирующий в микроскопическую черную дыру.

С этого момента начинается гонка двух процессов: испарения по Хокингу и аккреции окружающего вещества. Если приток материи превышает потери, дыра стабилизируется. Критический порог напрямую зависит от локальной концентрации темной материи. В центре галактики, где ее плотность максимальна, для выживания внутри белого карлика достаточно стартовой массы в 40 тонн. Нейтронной звезде в том же регионе потребуется объект потяжелее — от 600 тонн.

Преодолев минимальный порог, черная дыра переходит в фазу непрерывного роста, финалом которой становится полное поглощение звезды-хозяина. Эта концепция превращает сами светила в естественные детекторы темной материи. В Млечном Пути существуют белые карлики старше десяти миллиардов лет и древние миллисекундные пульсары — и раз они до сих пор целы, их сохранность накладывает жесткие ограничения на свойства гипотетических частиц. Пока наблюдения не фиксируют катастрофического поглощения, а значит, либо темная материя устроена сложнее, чем предполагают модели, либо условия для рождения гравитационных паразитов во Вселенной встречаются крайне редко.