[Перевод] Нейтронные звезды могут захватывать первичные чёрные дыры
Этот магнетар — сильно намагниченная нейтронная звезда. На этой иллюстрации художника показана вспышка магнетара. Нейтронные звезды, которые быстро вращаются и испускают излучение, называются пульсарами, а в ядре Млечного Пути такие пульсары встречаются редко.
В ядре Млечного Пути существует проблема пропавших пульсаров. Астрономы пытаются объяснить происшествие уже много лет. Одну из наиболее интересных идей подала группа астрономов из Европы — она связана с тёмной материей, нейтронными звёздами и первичными чёрными дырами (ПЧД).
Астроном Роберто Кайоццо из Международной школы перспективных исследований в Триесте (Италия) возглавил группу, изучающую проблему отсутствующих пульсаров. «Мы не наблюдаем никаких пульсаров в этой внутренней области (за исключением магнетара PSR J1745–2900)», — написал он в электронном письме. «Считалось, что это связано с техническими ограничениями наблюдений, но наблюдение магнетара, похоже, говорит об обратном». Этот магнетар вращается вокруг Стрельца А*, чёрной дыры в ядре Млечного Пути.
Рентгеновская карта ядра Млечного Пути, показывающая положение недавно обнаруженного магнетара, вращающегося вокруг сверхмассивной чёрной дыры Sgr A*.
Команда исследовала другие возможные причины, по которым пульсары не появляются в ядре, и внимательно изучила образование магнетаров, а также разрушение нейтронных звёзд. Одна из интригующих идей, которую они рассмотрели, — это пожирание ПЧД нейтронными звёздами. Команда исследовала проблему отсутствующих пульсаров, задавшись вопросом: может ли каннибализм между нейтронными звёздами и первобытными чёрными дырами объяснить отсутствие обнаруженных миллисекундных пульсаров в ядре Млечного Пути? Давайте рассмотрим основных участников этой загадки, чтобы понять, может ли такое произойти.
Нейтронные звезды, пульсары и маленькие чёрные дыры — вот это да!
Теория предполагает, что первозданные чёрные дыры были созданы в первые секунды после Большого взрыва. «О существовании ПЧД ничего не известно, — отмечает Кайоццо, —, но они, похоже, объясняют некоторые важные астрофизические явления». Он указал на идею о том, что сверхмассивные чёрные дыры, по-видимому, существовали в очень ранние периоды существования Вселенной, и предположил, что они могли послужить семенами для этих монстров. Если сверхмассивные чёрные дыры существуют, то их может помочь обнаружить создаваемый телескоп Нэнси Грейс Роман. Астрономы предсказывают, что они могут существовать в диапазоне масс, начиная от массы булавки и заканчивая 100 000 масс Солнца. В середине этого спектра может быть особый диапазон масс — так называемые ПЧД с массой астероида. Астрономы предлагают эти последние в качестве кандидатов на тёмную материю.
Первобытные чёрные дыры, если они существуют, могли образоваться в результате коллапса сверхплотных областей в самой ранней Вселенной.
Тёмная материя составляет около 27 процентов Вселенной, но помимо предположения о том, что ПЧД могут быть частью тёмной материи, астрономы до сих пор не знают, что именно она собой представляет. Похоже, что в ядре нашей галактики её очень много. Однако напрямую его не наблюдали, поэтому о его присутствии можно только догадываться. Связывают ли её эти средние ПЧД? Никто не знает.
Третий игрок в этой загадке пропавшего пульсара — нейтронные звезды. Это огромные, дрожащие шары из нейтронов, оставшиеся после смерти звезды-сверхгиганта массой от 10 до 25 масс Солнца. Нейтронные звезды начинают свой путь очень горячими (в диапазоне десяти миллионов °К) и со временем остывают. Они вращаются очень быстро и генерируют магнитные поля. Некоторые из них испускают пучки излучения (обычно в радиочастотах), и при вращении эти пучки выглядят как «импульсы» излучения. Из-за этого они получили прозвище «пульсар». Нейтронные звезды с чрезвычайно мощными магнитными полями называются «магнетарами».
Пульсары — это быстро вращающиеся нейтронные звезды, которые испускают узкие, размашистые пучки радиоволн. Новое исследование выявило происхождение этих радиоволн.
Проблема пропавших пульсаров
Астрономы безуспешно искали пульсары в ядре Млечного Пути. Обзор за обзором не обнаружил ни одного радиопульсара в пределах 25 парсеков от ядра Галактики. Почему так случилось? В своей работе Кайццо и его соавторы предположили, что образование магнетаров и другие разрушения нейтронных звёзд, которые влияют на формирование пульсаров, не совсем объясняют отсутствие этих объектов в галактическом ядре. «Эффективное образование магнетаров могло бы объяснить это (из-за их более короткого времени жизни), — сказал он, —, но теоретических причин ожидать этого нет. Другая возможность заключается в том, что пульсары разрушаются каким-то другим образом».
Обычно пертурбации случаются в двойных звёздных системах, где одна звезда массивнее другой — тогда последняя взрывается как сверхновая. Вторая звезда может взорваться, а может и не взорваться. Что-то может вообще выкинуть её из системы. Выжившая нейтронная звезда становится «потревоженным» пульсаром. Их не так легко наблюдать, что может объяснить отсутствие радиодетектирования.
Если компаньон не выбрасывается и впоследствии раздувается, его вещество засасывается нейтронной звездой. Это раскручивает нейтронную звезду и влияет на её магнитное поле. Если вторая звезда остаётся в системе, то позже она взрывается и превращается в нейтронную звезду. В результате образуется бинарная нейтронная звезда. Эта пертурбация может помочь объяснить, почему галактическое ядро кажется лишённым пульсаров.
Использование захвата первобытной чёрной дыры для объяснения пропавших пульсаров
Команда Кайццо решила использовать двумерные модели миллисекундных пульсаров — то есть пульсаров, вращающихся очень быстро, — как способ исследовать возможность захвата первобытной чёрной дыры в галактическом ядре. Процесс происходит следующим образом: миллисекундный пульсар каким-то образом взаимодействует с первобытной чёрной дырой, имеющей массу менее одной звёздной. В конце концов, нейтронная звезда (обладающая достаточно сильным гравитационным притяжением, чтобы притянуть ПЧД) захватывает чёрную дыру. Как только это происходит, ПЧД опускается в ядро нейтронной звезды. Внутри ядра чёрная дыра начинает поглощать материю нейтронной звезды. В конце концов останется только чёрная дыра с массой, примерно равной массе исходной нейтронной звезды. Если это произойдёт, то это поможет объяснить отсутствие пульсаров во внутренних парсеках Млечного Пути.
Может ли это произойти? Команда исследовала возможные скорости захвата ПЧД нейтронными звёздами. Они также рассчитали вероятность коллапса данной нейтронной звезды и оценили скорость разрушения пульсаров в галактическом ядре. Если не все разрушенные пульсары являются или являлись частью бинарных систем, то остаётся ещё один способ объяснить отсутствие пульсаров в ядре — захват ПЧД нейтронными звёздами. Но происходит ли это в реальности?
Загадка пропавших пульсаров до сих пор не разгадана
По словам Кайццо, оказывается, что такой каннибализм не может объяснить проблему отсутствующих пульсаров. «Мы обнаружили, что в нашей текущей модели ПЧД не способны разрушить эти объекты, но это только с учётом нашей упрощённой модели взаимодействия двух тел», — сказал он. Это не исключает существования ПЧД, а лишь говорит о том, что в конкретных случаях такого захвата не происходит».
Итак, что же остаётся изучить? Если в ядрах звёзд есть ПЧД, если звёзды сливаются с чёрными дырами, то их пока никто не видел. Но центр Галактики — оживлённое место. Множество тел теснится в центральных парсеках. Нужно рассчитать эффекты взаимодействия всех этих объектов в таком маленьком пространстве. Эта задача «динамики многих тел» должна учитывать и другие взаимодействия, а также динамику и захват ПЧД.
Астрономам, пытающимся использовать слияния ПЧД с нейтронными звёздами для объяснения отсутствия наблюдений пульсаров в ядре Галактики, необходимо лучше понять как предлагаемые наблюдения, так и более крупные популяции пульсаров. Команда предполагает, что будущие наблюдения старых нейтронных звёзд вблизи Sgr A* могут оказаться очень полезными. Они помогут установить более строгие ограничения на количество ПЧД в ядре. Кроме того, было бы полезно получить представление о массах этих ПЧД, поскольку те, что находятся на более низком конце (типа астероидов), могут взаимодействовать совсем по-другому.
Habrahabr.ru прочитано 6548 раз
