|
Нейтронные звезды могут захватывать первичные черные дыры
|
|
|
|
В ядре Млечного Пути отсутствует пульсар. Астрономы пытались объяснить это в течение многих лет. Одна из наиболее интересных идей принадлежит группе астрономов из Европы и связана с темной материей, нейтронными звездами и первичными черными дырами. Астроном Роберто Кайоццо из Международной школы перспективных исследований в Триесте, Италия, возглавил группу, изучающую проблему пропавшего пульсара. "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, но наблюдения за магнетаром, похоже, свидетельствуют об обратном". Этот магнетар вращается вокруг Стрельца А*, черной дыры в центре Млечного Пути. Команда исследовала другие возможные причины, по которым пульсары не появляются в ядре, и внимательно изучила образование магнетаров, а также разрушение нейтронных звезд. Одной из интригующих идей, которые они рассмотрели, было поглощение нейтронными звездами первичных черных дыр.
|
|
|
|
Команда исследовала проблему отсутствия пульсаров, задавшись вопросом: может ли каннибализм нейтронных звезд и первичных черных дыр объяснить отсутствие обнаруженных миллисекундных пульсаров в ядре Млечного Пути? Давайте рассмотрим основных участников этой загадки, чтобы понять, могло ли это произойти. Теория предполагает, что первичные черные дыры образовались в первые секунды после Большого взрыва. "О существовании черных дыр не известно, - отмечает Кайоццо, - но они, по-видимому, объясняют некоторые важные астрофизические явления". Он указал на идею о том, что сверхмассивные черные дыры, по-видимому, существовали в очень ранние времена во Вселенной, и предположил, что они могли стать семенами для этих монстров. Если где-то существуют PHB, то новый римский телескоп Нэнси Грейс может помочь их обнаружить. Астрономы предсказывают, что они могут иметь массу в диапазоне от массы булавки до примерно 100 000 масс Солнца. В середине может находиться промежуточный ряд из них, так называемые PBHS "астероидной массы". Астрономы предполагают, что эти последние являются кандидатами в темную материю.
|
|
|
Темная материя составляет около 27% Вселенной, но, помимо предположения о том, что PBH может быть частью темной материи, астрономы до сих пор точно не знают, что это такое. Похоже, что в ядре нашей галактики ее действительно много. Однако непосредственно это явление не наблюдалось, поэтому предполагается его присутствие. Связано ли это с этими среднечастотными частотами PBH? Никто не знает. Третьим участником этой загадки пропавших пульсаров являются нейтронные звезды. Это огромные дрожащие шары нейтронов, оставшиеся после гибели сверхгигантской звезды массой от 10 до 25 масс Солнца. Нейтронные звезды изначально очень горячие (в диапазоне 10 миллионов К) и со временем остывают. Они начинают вращаться очень быстро и генерируют магнитные поля. Некоторые из них испускают пучки излучения (обычно в радиочастотном диапазоне), и когда они вращаются, эти пучки проявляются в виде "импульсов" излучения. За это они получили прозвище "пульсары". Нейтронные звезды с чрезвычайно мощными магнитными полями называются "магнетарами".
|
|
|
|
Астрономы без особого успеха исследовали ядро Млечного Пути в поисках пульсаров. Исследование за исследованием не выявляло радиопульсаров в радиусе 25 парсеков от ядра галактики. Почему это так?» Каиццо и его соавторы предположили в своей статье, размещенной на сервере препринтов arXiv, что образование магнетаров и другие нарушения в работе нейтронных звезд, которые влияют на формирование пульсаров, не совсем объясняют отсутствие этих объектов в ядре галактики. "Эффективное образование магнетаров могло бы объяснить это (из-за их более короткого времени жизни), - сказал он, - но теоретических оснований ожидать этого нет. Другая возможность заключается в том, что пульсары каким-то образом разрушаются другими способами". Обычно разрушение происходит в двойных звездных системах, где одна звезда массивнее другой, и она взрывается как сверхновая. Другая звезда может взорваться, а может и не взорваться. Что-то может вообще выбросить ее из системы. Уцелевшая нейтронная звезда становится "разрушенным" пульсаром. Их не так легко обнаружить, что может объяснить отсутствие радиообнаружений.
|
|
|
|
Если спутник не будет удален и позже разбухнет, его вещество будет поглощено нейтронной звездой. Это раскручивает нейтронную звезду и влияет на магнитное поле. Если вторая звезда останется в системе, она позже взорвется и превратится в нейтронную звезду. В результате образуется двойная нейтронная звезда. Это нарушение может помочь объяснить, почему ядро галактики, по-видимому, лишено пульсаров. Команда Каиццо решила использовать двумерные модели миллисекундных пульсаров - то есть пульсаров, вращающихся чрезвычайно быстро, — чтобы исследовать возможность захвата первичной черной дыры в ядре галактики. Процесс работает следующим образом: миллисекундный пульсар каким-то образом взаимодействует с первичной черной дырой, масса которой меньше массы звезды. В конце концов, нейтронная звезда (которая обладает достаточно сильным гравитационным притяжением, чтобы притягивать PBH) захватывает черную дыру. Как только это происходит, PBH погружается в ядро нейтронной звезды. Внутри ядра черная дыра начинает поглощать вещество нейтронной звезды.
|
|
|
|
В конце концов, все, что останется, - это черная дыра примерно такой же массы, как и первоначальная нейтронная звезда. Если это произойдет, это может помочь объяснить отсутствие пульсаров во внутренних парсеках Млечного Пути. Могло ли такое случиться? Команда исследовала возможные скорости захвата нейтронными звездами нейтронных частиц. Они также рассчитали вероятность коллапса данной нейтронной звезды и оценили частоту разрушения пульсаров в ядре галактики. Если не все разрушенные пульсары являются или были частью двойных систем, то это означает, что захват нейтронными звездами PBHS является еще одним способом объяснить отсутствие пульсаров в ядре. Но происходит ли это на самом деле? По словам Каиццо, оказывается, что такой каннибализм не может объяснить проблему с исчезновением пульсара. "Мы обнаружили, что в нашей текущей модели PBH не способны разрушать эти объекты, но это только с учетом нашей упрощенной модели взаимодействия двух тел", - сказал он. Это не исключает существования PHB, но в определенных случаях такого захвата не происходит.
|
|
|
|
Итак, что еще осталось изучить? Если в ядрах галактики есть PHB и они сливаются, то их пока никто не видел. Но центр галактики - оживленное место. В центральных парсеках скопилось множество тел. Вы должны рассчитать эффекты взаимодействия всех этих объектов в таком маленьком пространстве. Эта проблема "динамики многих тел" должна учитывать другие взаимодействия, а также динамику и захват PBH. Астрономам, которые хотят использовать слияние PBH-нейтронных звезд для объяснения отсутствия наблюдений пульсаров в ядре галактики, необходимо будет лучше понять как предлагаемые наблюдения, так и более крупные популяции пульсаров. Команда предполагает, что будущие наблюдения старых нейтронных звезд вблизи Sgr A* могут оказаться очень полезными. Они помогут установить более строгие ограничения на количество PBH в ядре. Кроме того, было бы полезно получить представление о массах этих PBH, поскольку те, что находятся на более низком уровне (типы астероидной массы), могут взаимодействовать совершенно по-разному.
|
|
|
|
Источник
|
