Zaskakująca hipoteza. Pasożytnicze czarne dziury mogą pożerać gwiazdy od środka. Jak je wykryć?

W tym artykule:

1. Jaką masę ma czarna dziura
2. Pierwotne czarne dziury
3. Co się kryje w gwieździe
4. Gwiazdy Hawkinga

Zaskakująca hipoteza tłumaczy, skąd w kosmosie wzięła się ciemna materia. Od dawna wiadomo, że wirujące galaktyki rozpadłyby się, gdyby składały się tylko z widocznych gwiazd i planet. Musi być w nich coś jeszcze. Niewykrywalna materia, oddziałująca ze zwykłą wyłącznie za pośrednictwem siły grawitacji. Ten brakują składnik kosmosu nazywa się ciemną materią.

Naukowcy od dawna zastanawiają się, co mogłoby nią być. W najnowszym numerze czasopisma naukowego „The Astrophysical Journal” opublikowano artykuł przedstawiający nietypowego kandydata. Zdaniem głównego autora artykułu – Earla Bellingera z Instytutu Astrofizyki Maxa Plancka i Uniwersytetu Yale – rozwiązaniem problemu ciemnej materii może być pewien rodzaj czarnych dziur. Nie zwykłej wielkości albo supermasywnych, ale bardzo małych i lekkich.

Te czarne dziury narodziły się na samym początku istnienia kosmosu. A teraz znajdują się w niespodziewanym miejscu. Zdaniem Bellingera i innych współautorów artykułu należy ich szukać wewnątrz gwiazd, takich jak nasze Słońce. Nieduże czarne dziury dosłownie pożerają je od środka.

Jaką masę ma czarna dziura

Czarne dziury to obiekty o tak silnej grawitacji, że nic – nawet światło – nie jest w stanie z nich uciec. Granica czarnej dziury, spoza której nie ma już powrotu, nazywana jest horyzontem zdarzeń. Wiadomo, że czarne dziury mogą mieć bardzo różną masę. Największe są miliardy razy bardziej masywne od Słońca. Takie obiekty – zwane supermasywnymi czarnymi dziurami – spotyka się najczęściej w centrach galaktyk.

Te czarne dziury są niepoprawnymi żarłokami. Pożerają gwiazdy, zostawiając po sobie ogromny bałagan

Co by się stało, gdyby do czarnej dziury o pośredniej masie za bardzo zbliżyła się gwiazda? Szukając odpowiedzi, naukowcy opracowali niezwykłą wizualizację. Pokazuje ona, jak gwiazda zost...

Zwykłe czarne dziury powstają, gdy masywna gwiazda zapada się grawitacyjnie. Albo gdy scalają się dwie gwiazdy neutronowe. To oznacza, że czarna dziura nie może być zbyt mała – jej masa winna stanowić wielokrotność masy Słońca. Czarne dziury o masie gwiazdowej – czyli te, które powstały w wyniku kolapsu grawitacyjnego gwiazdy – są cięższe od Słońca minimum 20 razy.

Pierwotne czarne dziury

Jednak jeszcze w latach 70. XX wieku powstała hipoteza, która dopuszcza istnienie zupełnie innych czarnych dziur: małych i lekkich. Wymyślił je nie kto inny, tylko prof. Stephen Hawking. Hawking doszedł do wniosku, że czarne dziury mogły tworzyć się już na samym początku istnienia Wszechświata. A dokładnie – w jego pierwszej sekundzie.

Materia w kosmosie była wówczas bardzo gęsta. Co istotne, gęstość ta była niejednorodna. W pewnych rejonach materii było więcej niż w innych. Zdaniem Hawkinga takie ultragęste skupiska materii mogły zapadać się i tworzyć czarne dziury. Ich masa – jak na skalę kosmiczną – nie zawsze byłaby powalająca. W niektórych przypadkach odpowiadałaby masie planety, księżyca albo planetoidy.

Takie rodzaj czarnych dziur nazwano pierwotnymi czarnymi dziurami. Jest możliwe, że byłyby niedużych rozmiarów – nawet mniejsze niż grejpfrut. Kłopot polega na tym, że pierwotnej czarnej dziury nigdy nie udało się zaobserwować. Jeśli istnieją, bardzo dobrze ukrywają się przed astronomami. Co, swoją drogą, czyni je dobrymi kandydatkami na czarną materię.

Co się kryje w gwieździe

W ten sposób wracamy do najnowszej teorii Bellingera. Jego zdaniem pierwotnych czarnych dziur należy szukać wewnątrz gwiazd. I to bynajmniej nie ciężkich gwiazd neutronowych. Tylko zwyczajnych gwiazd głównego ciągu, takich jak nasze Słońce. Taki pomysł miał już Hawking. Później inni naukowcy rozwinęli go proponując, by pierwotna czarna dziura działała jak wewnętrzny pasożyt. Swoisty tasiemiec, pochłaniający od środka materię gwiazdy.

Bellinger z zespołem przeanalizował, jak wpłynęłoby to na gwiazdę o masie między 0,8 a 100 mas Słońca. Symulacje, jakie przeprowadził, zakładały, że wewnątrz gwiazdy znajduje się pierwotna czarna dziura. Naukowcy ustalili, że gdyby była nieduża, pochłaniałaby gwiazdę bardzo powoli. Trwałoby to wiele miliardów lat.

Jednak gdyby taka czarna dziura miała masę karła, szybko pożarłaby jądro gwiazdy. Wokół niej utworzyłby się dysk akrecyjny, czyli wirująca materia emitująca promieniowanie. Po miliardzie lat w gwieździe ustałaby fuzja jądrowa. Paradoksalnie, źródłem jej ciepła i światła byłby wówczas dysk akrecyjny czarnej dziury.

Gwiazdy Hawkinga

Bellinger i jego zespół zaproponowali, by taki hipotetyczny rodzaj gwiazd nazwać gwiazdami Hawkinga. Ich zdaniem tego rodzaju słońca byłyby podobne do „zwykłych” gwiazd. Jednak istniałyby różnice pozwalające je zidentyfikować. Na przykład: zewnętrzne warstwy gwiazdy Hawkinga spęczniałyby jak u czerwonego olbrzyma, jednak takie słońce byłoby chłodniejsze od gwiazd tego typu. Co ciekawe, w Drodze Mlecznej znajdowano już czerwone olbrzymy chłodniejsze niż wynika z teorii ewolucji gwiazd.

Jak udowodnić, że gwiazdy Hawkinga – czyli słońca mające w środku pierwotne czarne dziury – faktycznie istnieją? Zdaniem badaczy, tego typu obiekty dałoby się rozpoznać, obserwując zmiany jasności ich powierzchni. Jak te zmiany dokładnie mają wyglądać, jeszcze nie wiadomo. Jak czytamy na portalu „Science Alert”, naukowcy zajmą się tym tematem w swojej następnej pracy.

Źródła: The Astrophysical Journal, ScienceAlert.

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com