Теоретически чёрная дыра массой около 40 тонн может существовать внутри плотной звезды и не исчезнуть немедленно, поскольку получает подпитку от тёмной материи. Новое исследование показало, что при определённых условиях даже такие крошечные объекты способны преодолеть разрушительное воздействие квантового испарения и постепенно увеличиваться в размерах.
Традиционно считается, что чёрные дыры теряют энергию быстрее, если их масса меньше. В 1974 году Стивен Хокинг доказал, что чёрные дыры не являются абсолютно «чёрными». Благодаря квантовым процессам они излучают энергию, которая получила название излучения Хокинга. Особенно значимым этот процесс становится для очень маленьких чёрных дыр. Например, первичная чёрная дыра с массой около 10¹² килограммов могла бы просуществовать столько же, сколько и Вселенная. Более лёгкие объекты, появившиеся в ранней Вселенной, к настоящему времени уже должны были исчезнуть.
Однако учёные предложили альтернативный сценарий — возникновение микроскопических чёрных дыр внутри компактных звёзд, таких как белые карлики и нейтронные звёзды. Они предположили, что сверхтяжёлые частицы тёмной материи способны постепенно накапливаться в центре этих звёзд. Если частицы не уничтожают друг друга при столкновениях, они могут образовать область высокой плотности. В конечном итоге эта область может коллапсировать, что приведёт к появлению небольшой чёрной дыры внутри самой звезды. Такие объекты получили название эндопаразитических чёрных дыр — чёрных дыр, находящихся внутри другого космического тела.
После своего появления эндопаразитическая чёрная дыра оказывается в постоянной борьбе между двумя процессами. С одной стороны, она теряет массу из-за излучения Хокинга. С другой стороны, она получает вещество от окружающей звёздной материи и поглощает частицы тёмной материи, что может изменить её судьбу. Расчёты показали, что при благоприятных условиях чёрная дыра с начальной массой около 40 тонн может не испариться, а начать расти.
Ключевым фактором здесь является количество тёмной материи, окружающей звезду.
Без её учёта необходимая критическая масса для формирования чёрной дыры значительно возрастает. Если учитывать только поглощение обычного вещества звезды и потерю массы из-за излучения Хокинга, в некоторых случаях критическая масса может достигать примерно 10¹⁰ килограммов. Однако при постоянном поступлении тёмной материи этот порог снижается.
Для белого карлика в регионе галактического диска, где расположена Солнечная система, расчёты показывают критическую начальную массу примерно в 10 тысяч тонн. В области центра Галактики, где концентрация тёмной материи выше, этот предел может уменьшиться до 40 тонн. Для нейтронной звезды в области галактического центра, богатой тёмной материей, критическая масса составляет около 600 тонн.
Специалисты указывают, что обнаружение 40-тонной чёрной дыры не состоялось. Речь идёт о теоретическом сценарии: при определённых условиях такая чёрная дыра способна накапливать массу, поглощая больше вещества, чем теряя. Если этот процесс будет продолжаться достаточно долго, объект сможет со временем увеличиться и полностью изменить судьбу своей звезды, превращая её в чёрную дыру.
Кроме того, исследование демонстрирует, что звёзды можно использовать в качестве природных детекторов тёмной материи. Если гипотетические частицы тёмной материи эффективно способствовали бы образованию растущих чёрных дыр внутри звёзд, многие древние белые карлики и миллисекундные пульсары не могли бы существовать на протяжении миллиардов лет. Сохранение этих старых компактных звёзд позволяет учёным оценивать свойства частиц тёмной материи и степень их взаимодействия с обычным веществом.
Авторы исследования отмечают, что на результаты могут влиять дополнительные факторы, такие как вращение звезды и её магнитное поле. Эти аспекты необходимо учитывать в будущих моделях для повышения их точности.
Работа также показывает, что окружающая среда может радикально изменить судьбу даже мельчайших чёрных дыр. Объект, который в пустом космосе быстро испарился бы, в плотной звезде может получить источник питания и начать увеличиваться.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review D.
