В нейтронных звездах могут прятаться маленькие черные дыры

Крошечные, почти необнаруживаемые первичные черные дыры могут быть одним из таинственных источников массы, которая способствует образованию темной материи. Существуют значительные ограничения на их продолжительность жизни в открытом космосе, но в последние годы астрофизики задаются вопросом: а что, если эти черные дыры находятся в ядре нейтронных звезд?

Постепенно такие черные дыры аккрецировали нейтронную звезду, пожирая ее изнутри. Эти гипотетические системы еще предстоит проверить, но в новом препринте, опубликованном на arXiv и еще не прошедшем рецензирование, подсчитано, сколько времени займет это поглощение.

Это, в свою очередь, может быть использовано для анализа текущего населения нейтронных звезд, чтобы ограничить природу черных дыр, рассматриваемых в качестве кандидатов на темную материю - будь то первичные, восходящие к Большому взрыву, или черные дыры, образовавшиеся внутри нейтронных звезд.

Хотя мы не знаем, что такое темная материя, она имеет фундаментальное значение для нашего понимания Вселенной: просто не хватает материи, которую мы можем непосредственно обнаружить - нормальной материи - чтобы учесть всю гравитацию. На самом деле гравитация настолько велика, что ученые подсчитали, что от 75 до 80 процентов всей материи является темной.

Есть ряд кандидатов в частицы, которые могут быть темной материей. Первичные черные дыры, образовавшиеся сразу после Большого взрыва, не являются одними из ведущих кандидатов, потому что, если бы они были выше определенной массы, мы бы уже заметили их; но ниже этой массы они испарились бы из-за излучения Хокинга задолго до этого.

Однако черные дыры являются привлекательным кандидатом на роль темной материи: их тоже чрезвычайно трудно обнаружить, если они просто болтаются в космосе и ничего не делают. Поэтому астрономы продолжают их искать.

Одна идея, которая была недавно исследована, - это эндопаразитическая черная дыра. Для этого есть два сценария. Во-первых, первичные черные дыры были захвачены нейтронными звездами и опускались в ядро. Во-вторых, частицы темной материи захватываются нейтронной звездой; при благоприятных условиях они могут объединиться и рухнуть в черную дыру.

Эти черные дыры маленькие, но они не останутся такими. Эти маленькие черные дыры, находясь в своем уютном месте внутри нейтронной звезды, паразитируют на своем хозяине.

Группа физиков из Боудонского колледжа и Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне рассчитала скорость аккреции, то есть скорость, с которой черная дыра поглотит нейтронную звезду, для диапазона соотношений масс черных дыр от трех до девяти. на порядки меньше массивной, чем хозяин нейтронной звезды.

У нейтронных звезд теоретический верхний предел массы в 2,3 раза больше массы Солнца, поэтому массы черной дыры простираются до карликовых планет.

Для невращающейся нейтронной звезды, вмещающей невращающуюся черную дыру, аккреция была бы сферической. При расчетной скорости аккреции, черные дыры размером в 10 -21 раз больше массы Солнца могли бы полностью аккрецировать нейтронную звезду за время жизни Вселенной.

Это говорит о том, что первичные черные дыры с самого начала Вселенной полностью аккрецировали свои нейтронные звезды раньше. По словам исследователей, эти временные рамки прямо противоречат возрасту старых популяций нейтронных звезд.

"В качестве важного приложения наши результаты подтверждают аргументы, которые используют текущее существование популяций нейтронных звезд для ограничения вклада первичных черных дыр в содержание темной материи во Вселенной или вклад частиц темной материи, которые могут образовывать черные дыры в центр нейтронных звезд после того, как они были захвачены", - написали они в своей статье.

Результат - еще один удар по изначальным черным дырам; но он не исключает полностью эндопаразитарные черные дыры. Если есть сгустки частиц темной материи, плавающие в космосе и поглощенные нейтронными звездами, они могут коллапсировать в черные дыры и превращать нейтронные звезды в черную дыру, даже когда вы читаете это предложение.