Představte si, že jste neutronová hvězda. Vesele se vznášíte ve vesmíru, jste příliš staří na to, abyste už fúzovali jádra ve svém jádru, ale kvantový tlak vašich neutronů a kvarků vám snadno zabrání zhroucení pod vaší vlastní vahou. Těšíte se na dlouhý hvězdný důchod postupného ochlazování. Pak vás jednoho dne zasáhne malá černá díra. Tato černá díra má pouze hmotnost asteroidu, ale způsobuje to, že se stáváte nestabilní. Gravitace vás drtí, zatímco vás černá díra pohlcuje zevnitř ven. Než se nadějete, stala se z vás černá díra.
Podle nového výzkumu zveřejněného vFyzické kontrolní dopisyTento scénář se může čas od času stát a mohl by vysvětlit temnou hmotu a nejmenší černou díru, kterou jsme pozorovali.
Neutronové hvězdy mají obvykle hmotnost mezi 1,5 a 2 hmotnostmi Slunce. Vznikají, protože kvantový tlak neutronů je dostatečně silný, aby odolal gravitační hmotnosti hvězdy. Ale existuje limit, jak velkou hmotnost může neutronová hvězda mít. Je známá jako Tolman-Oppenheimer-Volkoffův limit (TOV). Tento limit je těžké spočítat, ale myslíme si, že je to kolem 2,5 hmotnosti Slunce. Cokoli nad limitem TOV by se mělo zhroutit do černé díry.
Kolidující neutronové hvězdy by mohly vytvořit černé díry o hmotnosti slunečního záření. Kredit: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science
Největší neutronová hvězda, kterou jsme pozorovali, má asi 2,24 hmotnosti Slunce. Nejmenší černá díra, kterou jsme pozorovali, má asi 2,6 hmotnosti Slunce. Na jedné straně se zdá, že to potvrzuje, že 2,5 hmotnosti Slunce je docela dobrý odhad limitu TOV. Na druhou stranu to vyvolává zajímavou otázku, jak mohla taková malá černá díra vzniknout.
Mnoho černých děr o hvězdné hmotnosti vzniká, když velká hvězda exploduje jako supernova. Jeho jádro je stlačeno a gravitačně kolabuje. Na základě našeho chápání velkých hvězd by nejmenší černé díry s hvězdnou hmotností měly mít přibližně 4 hmotnosti Slunce. Černé díry by také mohly vzniknout, když se srazí dvě neutronové hvězdy, nebo možná srážka bílého trpaslíka a neutronové hvězdy, ale ty by také měly produkovat černé díry, které mají alespoň 3 hmotnosti Slunce.
Jak se mohou formovat černé díry sluneční hmoty. Kredit: Takhistov, et al
Jak tedy vzniká černá díra o hmotnosti pouze 2,6 Slunce? Zatímco spojení může vytvořit malé černé díry, tato nová studie se zabývá alternativou. Myšlenka zahrnuje prvotní černé díry. Tyto hypotetické černé díry se mohly zformovat v raném vesmíru a může mít hmotnost menší než Země. Pokud primordiální černé díry existují, pak by se mohly srazit s neutronovou hvězdou a způsobit její kolaps do černé díry o hmotnosti Slunce.
Zatímco tato myšlenka byla navržena již dříve, v této studii se tým zabývá tím, jak by se to mohlo spojit s temnou hmotou. Někteří astronomové navrhli, že temná hmota by mohla být vyrobena z prvotních černých děr. Pokud je to pravda, vesmír musí být vyplněn primordiálními černými dírami a srážky s neutronovými hvězdami by měly být běžné. Tým se tedy podíval na rozložení hmoty známých neutronových hvězd a vypočítal nejpravděpodobnější velikost sluneční hmoty černých děr. Ukazuje se, že je mezi 1 a 2,5 hmotností Slunce. Takže nejmenší černá díra, kterou jsme pozorovali, mohla být vytvořena prvotní srážkou černé díry.
To je zajímavá myšlenka, ale současné důkazy jsou sotva přesvědčivé. Přesto, jak LIGO a Virgo pozorují více srážek černých děr, mohou pozorovat mnohem více malých černých děr. Pokud ano, možná se budeme muset na tuto myšlenku temné hmoty podívat blíže.
Odkaz:Takhistov, Volodymyr, George M. Fuller a Alexander Kusenko. “ Test na původ černých děr sluneční hmoty .'Fyzické kontrolní dopisy126,7 (2021): 071101.
