През 1974 г. Стивън Хокинг прави предсказание, което променя разбирането ни за черните дупки. Черните дупки според него не са съвсем черни: те бавно губят енергия чрез квантов процес, известен сега като лъчение на Хокинг. Колкото по-лека е черната дупка, толкова по-бързо се изпарява.
За първичните черни дупки, образувани в ранната Вселена, последиците са драматични. Първична черна дупка с маса около 10¹² kg има времева скала на изпаряване, сравнима с възрастта на Вселената. Следователно не би се очаквало значително по-леки първични черни дупки да оцелеят до днес.
Малките черни дупки, разглеждани в новото изследване, публикувано в Physical Review D, обаче не е необходимо да са съществували от ранната Вселена. Те могат да се образуват много по-късно в компактни звезди. Неутронните звезди и белите джуджета могат да улавят хипотетични ултратежки асиметрични частици тъмна материя. Тъй като тези частици не се анихилират ефективно, те могат да се натрупат в звездното ядро, благодарение на собствената си гравитация и в крайна сметка да колапсират, образувайки малка ендопаразитна черна дупка.
След като се образува, съдбата на черната дупка не се определя само от изпарението на Хокинг. Заобиколена от плътна звездна материя, тя може да натрупа маса чрез акреция на обикновена материя от своята звезда и като продължава да се снабдява с тъмна материя.
При благоприятни условия, изчисленията показват, че черна дупка с начална маса от само около 40 тона, приблизително масата на натоварен камион, може да преодолее изпарението на Хокинг и да продължи да расте.
Ключът е тъмната материя.
Надпревара между растежа и изпарението
Новообразуваната ендопаразитна черна дупка не поглъща автоматично своята звезда. Съдбата ѝ се решава от конкуренцията между два процеса: от една страна - натрупването на звездна материя и продължаващото захранване с тъмна материя, които увеличават масата ѝ - и радиацията на Хокинг, която я намалява, от друга страна.
Съществува и квантово усложнение. За изключително малка черна дупка, обичайното описание на акреционната материя като непрекъснат флуид може да се наруши. Дължината на вълната на входящата частица може да стане сравнима с характерния мащаб на черната дупка, което изисква квантово описание на поглъщането на частици. С нарастването на черната дупка, познатият флуидно-подобен режим на акреция в крайна сметка поема контрол.
Изчислението следва и двата режима, като едновременно с това отчита натрупването на звездна материя, продължаващото захранване с тъмна материя и изпарението на Хокинг.
Колко малка може да бъде една нарастваща черна дупка?
Конкуренцията определя критичната маса на черната дупка. Под тази маса печели изпарението на Хокинг и устойчивият растеж е невъзможен.
Над нея, входящият поток от материя може да преодолее изпарението и черната дупка може да продължи да расте.
Продължаващото захранване с тъмна материя може драстично да намали тази критична маса.
Ако се пренебрегне захранването с тъмна материя и се вземат предвид само натрупването на звездна материя и изпарението на Хокинг, характерната критична маса може да бъде около 10¹⁰ kg в представителни случаи на компактни звезди.
Това не бива да се бърка със скалата от 10¹² кг за първичните черни дупки. Последната се отнася до оцеляването за космическо време в изолация. Критичната маса вътре в звездата вместо това показва дали новообразуваната черна дупка може да расте, а не да се изпарява.
След като се включи продължаващото захранване с тъмна материя, критичната маса може да падне много повече.
За бяло джудже в галактическия диск, където се намира Слънчевата система, критичната начална маса е около 10 000 тона. В много по-богатата на тъмна материя среда на Галактическата издутина обаче тя може да падне до едва 40 тона. За неутронна звезда в Галактическата издутина в центъра съответната критична маса е около 600 тона.
Това не означава, че е наблюдавана 40-тонна черна дупка. По-скоро, при разглежданите условия, черна дупка с толкова малка начална маса може да има положителен темп на растеж, вместо да се изпарява чрез лъчението на Хокинг. При достатъчно време, тя може да продължи да расте, като в крайна сметка погълне звездата си и я превърне в черна дупка.
Какво означава това
Изпарението на Хокинг остава съществено за изчисленията, но околната среда може драстично да промени съдбата на малка черна дупка.
Черните дупки, изследвани в новото проучване, се образуват вътре в компактни звезди чрез натрупване на тъмна материя. След като се образуват, те могат да получават нова маса от заобикалящата ги среда. Ако това количество надвиши масата, загубена чрез радиацията на Хокинг, дори една изключително малка черна дупка може да продължи да расте.
Точната критична маса зависи от свойствата на звездата и нейната среда. Допълнителни ефекти, като въртене и магнитни полета, също биха могли да променят резултата.
Въпреки това, основният резултат е поразителен: при подходящи условия, черна дупка с тегло около 40 тона може да расте вътре в компактна звезда, вместо да се изпарява, като продължаващото захранване с тъмна материя помага за поддържането на растежа ѝ.
Аргументът може да бъде и обърнат. Ако тъмната материя с определени свойства би могла бързо да образува нарастваща черна дупка и да унищожи своя гостоприемник, много стари компактни звезди би трябвало вече да не съществуват. Следователно оцеляването на милисекундни пулсари и бели джуджета в продължение на милиарди години ограничава масата на ултратежките частици тъмна материя и силата на техните взаимодействия с обикновената материя.
В този смисъл звездите са извършили експеримента вместо нас, действайки като естествени детектори на тъмна материя в астрономически времеви мащаби.
Източник: A black hole as light as 40 tons can exist inside a star if dark matter helps, Phys.org
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Памет на водата или как ни промиват мозъка
Произходът на мартеницата трябва да се търси далече - в Индия и Древна Гърция
Откъде идва "химията" на междуличностните връзки?
dolivo
Експериментален руски спътник се разпада в орбита и оставя следи от отломки