Pożerają gwiazdy od środka. Pasożytnicze czarne dziury

Gwiazdy podobne do Słońca podczas formowania się mogły wchłonąć malutkie czarne dziury, które powstały u zarania dziejów, sugerują nowe badania. Te czarne dziury obecne wewnątrz gwiazd mogą powoli pochłaniać materię swojego gospodarza. To z kolei mogłoby wywołać efekt, który dałoby się wykryć.

W nowych badaniach prowadzonych pod kierunkiem astrofizyka Earla Bellingera z Instytutu Astrofizyki Maxa Plancka i Uniwersytetu Yale przeanalizowano ewentualną możliwość pasożytnictwa na gwiazdach. Prace sugerują, że gwiazdy podobne do Słońca mogły wchłonąć maluteńkie czarne dziury, które powstały na początku czasu. Obiekty te wewnątrz swoich gwiazd stopniowo pochłaniałyby materię, tworząc kolejne, malutkie czarne dziury.

To dość intrygująca koncepcja. W badaniach uczeni przeanalizowali wpływ, jaki takie pasożytnictwo miałoby wywierać na gwiazdy. Naukowcy ustalili też, w jaki sposób moglibyśmy rozpoznać takie gwiazdy, gdybyśmy się na nie natknęli.

Rezultaty oraz opis badań ukazał się na łamach pisma "The Astrophysical Journal" (DOI: 10.3847/1538-4357/ad04de).

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Czarne dziury we Wszechświecie istnieją w wielu rozmiarach. Znamy takie o masach gwiazdowych, które powstały najprawdopodobniej w wyniku łączenia się ogromnych, umierających gwiazd i zapadania się ich jąder. W każdej galaktyce znajdują się supermasywne potwory o masie od milionów do miliardów mas Słońca. Istnieją również rzadkie czarne dziury o masach pośrednich.

Hipotetycznie mogą również istnieć miniaturowe czarne dziury. Naukowcy zasugerowali, że takie małe obiekty mogły powstać w pierwszych sekundach po Wielkim Wybuchu, kiedy materia Wszechświata była wciąż wystarczająco gorąca i gęsta. Koncepcja ta została zaproponowana przez Stephena Hawkinga w latach 70. XX wieku i od tego czasu została rozszerzona przez innych naukowców.

Pierwotne czarne dziury, w odróżnieniu od zwykłych czarnych dziur, byłyby stosunkowo mało masywne - jak na czarne dziury. Uczeni uważają, że te hipotetyczne obiekty mogłyby powstać nie w wyniku kolapsu masywnej gwiazdy pod wpływem własnej grawitacji, ale bezpośrednio z niezwykle gęstej materii obecnej w pierwszej fazie ekspansji Wszechświata. Różna gęstość wczesnego Wszechświata mogła wytworzyć "kieszenie" tak gęste, że zapadłyby się w czarne dziury. Nie podlegałyby one ograniczeniom wielkości czarnych dziur z zapadających się gwiazd i mogłyby być bardzo małe.

Pierwotne czarne dziury mogą stanowić wyjaśnienie nadmiernej grawitacji we Wszechświecie, za którą, jak się uważa, odpowiedzialna jest ciemna materia. Według niektórych ekspertów mogłyby też zostać wchłonięte przez gwiazdy i pożerać je od środka, jak jakiś kosmiczny pasożyt.

Bellinger i jego współpracownicy oszacowali na potrzeby swoich badań, co stanie się z gwiazdą utworzoną wokół pierwotnej czarnej dziury o masie od 0,8 do 100 mas Słońca. Przeprowadzili także symulacje ewolucyjne gwiazd podobnych do Słońca z pierwotnymi czarnymi dziurami czującymi się w ich wnętrzach.

Symulacje pokazały, że najmniejsze czarne dziury miałyby trudności z ekspansją. Pożarcie gwiazdy od środka zajęłoby miliardy lat. Ale już te większe, o masie chociażby planety karłowatej, byłyby bardziej żarłoczne. Pochłonęłyby jądro swojej gwiazdy tworząc wokół siebie wirujący dysk akrecyjny, który zacząłby wytwarzać ogromne ilości światła i ciepła.

"Odkryliśmy, że takie obiekty mogłyby być zaskakująco długowieczne, przy czym najlżejsze czarne dziury nie miałyby wpływu na ewolucję gwiazd, podczas gdy masywniejsze z czasem pochłonęłyby gwiazdę, powodując szereg zauważalnych konsekwencji" – piszą naukowcy w swoim artykule.

Synteza termojądrowa przestałaby zasilać gwiazdę. Zamiast tego gwiazda ta byłaby zasilana przez dysk akrecyjny wirujący wokół czarnej dziury. Całe światło byłoby wytwarzane przez czarną dziurę. Naukowcy nazwali ten hipotetyczny typ gwiazd gwiazdami Hawkinga.

Taka gwiazda zachowywałaby się podobnie do normalnej gwiazdy, z kilkoma kluczowymi różnicami. Jej zewnętrzne warstwy opuchłyby, tworząc czerwonego olbrzyma, tak jak oczekuje się, że zrobi to Słońce, gdy wypali swoje pokłady paliwa. Jednak z pasożytem w środku stałoby się to znacznie wcześniej. Tak powstały czerwony olbrzym miałby jednak niższą temperaturę, niż moglibyśmy się spodziewać po takiej gwieździe. Co ciekawe, w Drodze Mlecznej znaleźliśmy już anomalnie chłodne czerwone olbrzymy.

Naukowcy twierdzą, że moglibyśmy badać te gwiazdy w poszukiwaniu sygnatur czarnej dziury. Oczekuje się, że akrecja czarnej dziury wytworzyłaby wewnątrz gwiazdy inne wzorce niż fuzja, co można by wykryć jako niewielkie zmiany jasności na powierzchni gwiazdy.