Черни дупки в ядрата на звезди (статия)

Представете си звезда с такива невероятни размери, че спокойно може да побере цялата Слънчева Система. Минали са само няколко стотин милиона години от Големия Взрив, а тази чудовищна звезда е по-ярка от цяла галактика с трилион звезди в нея. Това не е всичко, представете си, че в ядрото и се намира огромна масивна черна дупка.

Шантава идея и то противоречива на стандартната идея за формирането на черни дупки. Те би трябвало да се формират, когато голяма звезда свърши горито си и ядрените реакции вече не могат да удържат на гравитацията. Последното място, където бихме очаквали да намерим черна дупка, е в ядрото на огромна звезда. Все пак Митчел Бегелман от Университета Колорадо смята, че именно тези обекти могат да обяснят една от най-големите мистерии на космологията.

Едва милиард години след началото на Вселената вече е имало супер масивни черни дупки - 10 милиарда пъти масата на нашето Слънце! За тях знаем, защото именно това са квазарите. Светлина, излъчвана от нагорещения газ, който потъва в супер масивна черна дупка. Това лъчение пътува до нас близо 13 милиарда години. Въпросът е, как тези невероятни черни дупки са имали време да се формират толкова скоро след Големия Взрив?

От много години различни екипи се опитват да отговорят на този въпрос, но според никоя симулация, няма как за 1 милиард години черна дупка да достигне маса милиарди пъти по тази на Слънцето. За това Бегелман и колегите му се обръщат към идея, първо предложена от Фред Хойл и Уили Фаулър през 1963г.

Те са се опитали да обяснят радио лъчението от някои галактики с наличието на гигантски звезди в центровете им. Оказало се, че грешали, но идеята им за чудовищно голяма звезда вдъхновила Бегелман.

Изследвайки еволюцията на една такава потенциална звезда, той открил нещо невероятно. Всички уравнения са доказали, че ако материалът, образуващ звездата, започне да се свива под силата на гравитацията прекалено бързо, то тогава ще се образува звезда с черна дупка в ядрото.

Ключът е скоростта на свиване. Материалът потъващ навътре произвежда шокова вълна, която загрява газовете наоколо. Те се разширяват в по-външни региони и изстиват. Така заради рязко спадащата температура се образуват два обекта в един. Зародиша на звезда по средата и външна обвивка от по-студен газ.

Когато въшният материал продължи да потъва в звездата, новата маса я смачква още и температурата се покачва още. Когато тя достигне критичните 500 милиона градуса по Целзии, звездата вече е достатъчно гореща, за да може фотони светлина спонтанно да се превръщат в двойки електрони и позитрони. Двете противоположни частици се анихилират една друга, при който процес също се образуват частици и античастици. Сред тях са неутрино и антинеутрино. Те почти не взаимодействат с нормалната материя и за това бързо отнасят топлината на звездата от нея.

Така спират ядрените реакции и звездата вече не може да удържа гравитацията и се формира черна дупка, вградена в газова обвивка. Когато обвивката почне да потъва в черната дупка, се излъчва супер ярка светлина, която ние виждаме и наричаме квазар. Също така бързо се формира и невероятно масивна черна дупка. Според изчисленията на учените черна дупка в центъра на звезда ще може да расте с 10 до 100 пъти по-бързо от обикновена черна дупка.

Естествено тя не остава завинаги в пъшкула си. Когато газът от вът се охлади до близо 4000 градуса, падът на ионизацията изхвърля обвивката като експлозия, откривайки гола супер масивна черна дупка. Сега тя е 1000 до 10 000 пъти масата на Слънцето и трябва да продължи да се храни от обикновен междузвезден газ.

Бегелман си представя звезди с черни дупки с маса 100 милиона до милиард слънчеви маси. Такова чудовище би имало радиус отвъд орбитата на Плутон и би било по-ярко от целия Млечен Път.

Тази теория има доста поддръжници, но естествено не всички са толкова ентусиазирани. Един голям проблем е, къде би се формирало такова нещо. Според общия модел, първите звезди са се формирали в малки газови ареоли, еволюиращи после в първите галактики. Такъв газов облак обаче не би имал нужното гравитационно привличане, за да концентрира газ достатъчно бързо.

Най-добрият начин за Бегелман да убеди критиците е просто да открие такива звезди, но това няма да е възможно поне до пускането на космическия телескоп Джеймс Уеб през 2013г. Според Бегелман би трябвало да се вижда поне по една такава звезда във всеки изглед от Джеймс Уеб. Проблемът ще е да се различат от други обекти, като близки кафяви джуджета, силно изместени към червения спектър стари звезди или общо взето всичко, което излъчва силно в инфрачервени вълни.

Разбира се има и друга възможност. Според Бегелман в първите 100 000 години от живота на тези звезди, преди да се формира самата черна дупка, ултравиолетовата светлина от звездите би могла да ионизира околен водороден газ, който не излъчва радио вълни, за разлика от самата звезда. Така звездите с черни дупки биха изглеждали като дупки в една радио карта на небосвода, но за това ще се нужни много мощни сателитни чинии. Например проектът Square Kilometre Array, който започва да бъде конструиран от 2012г.

Рядко някой предлага изцяло нов астрономически обект, но звездите с черни дупки биха били липсващото звено в космологията. Обяснението за наличие на супер масивни черни дупки в прекаленно раннен стадии на Вселената.

Оригинална статия: Black holes may lurk in unexpected places