Первичные черные дыры: загадки и открытия

Современная астрономическая наука продолжает разгадывать тайны Вселенной, и одним из самых увлекательных исследований являются первичные черные дыры. Эти загадочные объекты, возникшие в начальные моменты существования Вселенной, могут оказывать значительное влияние на звёздные системы. Недавно опубликованное исследование астрономов из Университета Оклахомы выделяет взаимодействие первичных черных дыр с звёздными системами и предлагает новые подходы к их обнаружению.

Их мощная гравитация способна возбуждать хаос в звёздных системах, передавая энергию в сложные двойные системы и нарушая их орбитальные параметры. Это может приводить к крайним последствиям, таким как выброс звезды из её системы.

Существуют теории о том, что черные дыры могли сформироваться сразу после Большого взрыва. В отличие от черных дыр, создаваемых коллапсом сверхмассивных звёзд, первичные черные дыры возникают из флуктуаций плотности материи, где плотные области коллапсируют под действием своего гравитационного поля, образуя первичные черные дыры (ПЧД). Учитывается, что они могут варьироваться по размеру от субатомных до более массивных объектов, чем Солнце.

Споры о том, могут ли первичные черные дыры составлять основу тёмной материи во Вселенной, продолжаются. В научном сообществе согласны с тем, что ПЧД вряд ли могут быть полным объяснением тёмной материи, однако предположительно они ответственны за примерно 10% тёмной материи в пределах планетарного диапазона (от 10^-7 до 10^-3 солнечных масс). Для окончательного ответа на вопрос о вкладе ПЧД в тёмную материю необходимо проводить дальнейшие исследования.

При рассмотрении глобального масштаба, первичные черные дыры плохо отличимы от фонового поля частиц тёмной материи. Однако на малых масштабах распределение ПЧД оказывается неравномерным относительно этого фона, что побуждает учёных к разработке новых теорий. Проблема заключается в сложности наблюдения первичных черных дыр, но их взаимодействия со звёздными системами позволяют получить некоторые данные.

Исследование Бадала Бхаллы и его команды из Университета Оклахомы, опубликованное на сервере препринтов arXiv, посвящено тому, как ПЧД могут терять энергию в процессе взаимодействия с двойными звёздными системами. Эти взаимодействия могут приводить к одному из пяти возможных исходов:

1. Упрочнение (два связанных объекта передают энергию третьему объекту, вследствие чего их разделение уменьшается);
2. Смягчение (свободное тело передает энергию связанной системе, увеличивая их разделение, но они остаются связанными);
3. Разрыв (свободное тело передаёт достаточно энергии, чтобы компоненты стали несвязанными);
4. Захват (связанные объекты захватывают свободный объект);
5. Обмен (свободный объект передаёт достаточно энергии, чтобы освободить один из связанных объектов и сам захватывается).

В предыдущих исследованиях рассматривались модели смягчения и разрушения в контексте ПЧД, а также модель захвата. Команда предположила маловероятность упрочнения и исследует сценарий обмена.

Исследование показало, что модель обмена может приводить к образованию пар двойных ПЧД в нашей галактике, и некоторые наблюдения уже указывают на это. Научная группа также предполагает, что возможно выявить ПЧД в двойных системах с субсолнечной массой, используя свойства этих систем.

Обнаружение ПЧД в двойной системе может подтвердить выставленные гипотезы. Теперь необходимы дополнительные наблюдения для проверки этой модели. Астрономы надеются, что будущие исследования помогут пролить свет на тайны первичных черных дыр и их функцию в космосе.