Астрономы разработали подробную модель того, что может происходить со звёздами, если они поглощают гипотетические первичные чёрные дыры. Оказалось, что последствия для звезды могут быть очень серьёзными, вплоть до полного уничтожения.
Согласно современным представлениям, первичные чёрные дыры могли образоваться в первые мгновения после Большого взрыва. Теоретические оценки допускают существование таких объектов самых разных масс, в том числе относительно небольших - порядка крупного астероида или нашей Луны. Исследователи из Массачусетского технологического института решили выяснить, что произойдёт, если такая чёрная дыра окажется внутри звезды. Для этого они создали модель, объединяющую расчёты звёздной эволюции и трёхмерное магнитогидродинамическое моделирование.
На самом деле прямой захват первичной чёрной дыры звездой маловероятен. Гораздо более эффективным механизмом может быть взаимодействие в системе, где у звезды имеется планета или другой спутник. В этом случае гравитационные возмущения способны перевести первичную чёрную дыру на орбиту, пересекающую звезду. После многочисленных прохождений сквозь звёздное вещество объект постепенно теряет энергию и в конечном итоге опускается к центру звезды.
Оказавшись в звёздном ядре, чёрная дыра начинает поглощать окружающее вещество. Согласно результатам моделирования, дальнейшая судьба звезды определяется тем, насколько быстро идёт этот процесс. Авторы работы выделяют два основных сценария.
В первом случае вокруг чёрной дыры прямо внутри звезды формируется аккреционный диск. Его существование приводит к появлению релятивистских джетов и мощных ветров аккреционного диска. Такое воздействие быстро разрушает звезду. Согласно расчётам, процесс может занять всего несколько минут. В результате возникает яркая вспышка, сопровождаемая рентгеновским излучением, коротким ультрафиолетовым и оптическим послесвечением, связанным с быстрым охлаждением выброшенного вещества, а в некоторых случаях даже гамма-всплеском продолжительностью около одной минуты.
Авторы подчёркивают, что подобные события могут напоминать сверхновые, однако отличаются от них происхождением, временными масштабами и характером послесвечения. Например, в отличие от сверхновых, вызванных коллапсом массивных звёзд, здесь не должно наблюдаться характерного свечения, связанного с радиоактивным распадом нестабильных ядер.
Во втором сценарии аккреция оказывается менее интенсивной. Тогда система может длительное время существовать в квазистационарном состоянии. В этом случае первичная чёрная дыра постепенно поглощает вещество звезды, изменяя её светимость, внутреннее строение и продолжительность жизни. В конечном итоге звезда всё равно исчезает, оставляя после себя компактный объект с массой порядка массы поглощённой звезды.
По мнению авторов, оба сценария могут иметь наблюдательные последствия. Взрывной вариант способен проявляться в электромагнитном диапазоне, тогда как тихий сценарий потенциально может приводить к появлению необычных источников гравитационных волн в будущем.
Особый интерес представляют остатки таких систем. Авторы отмечают, что обнаружение чёрных дыр необычно малой массы или объектов с аномально быстрым вращением могло бы стать косвенным свидетельством существования первичных чёрных дыр.
Пока работа носит исключительно теоретический характер. Исследователи подчёркивают, что многие этапы предложенного сценария требуют более детального изучения. Тем не менее их модель впервые описывает полный жизненный цикл звезды, захватившей первичную чёрную дыру, и предлагает возможные наблюдательные признаки таких экзотических объектов.