Первичные чёрные дыры могут вызывать сверхновые типа Ia без звёзд-компаньонов

Цветовая схема плотности для моделей белых карликов различной массы. Ожидаемый конечный состав после самонагревающихся ядерных реакций указан доминирующими элементами Si, Ni и Fe. Автор: The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adf4e8

Новая статья, опубликованная в The Astrophysical Journal, исследует новую теорию о том, как могут возникать сверхновые типа Ia — мощные звёздные взрывы, которые астрономы используют для измерения расстояний во Вселенной. Традиционно считается, что эти сверхновые возникают, когда белый карлик взрывается после взаимодействия со звездой-компаньоном. Но у этого объяснения есть ограничения, оставляющие открытыми вопросы о том, как эти события соотносятся с последовательными паттернами, которые астрономы фактически наблюдают.

Статья под названием «Сверхновые типа Ia, инициированные первичными чёрными дырами. I. Влияние на динамику взрыва и кривые блеска» была подготовлена доцентом кафедры физики Политехнического института SUNY (SUNY Poly) доктором Шинг-Чи Лёном вместе со студентом Сетом Уолтером (специализация «Электротехника и прикладная математика», дополнительная специализация «Физика»).

Доктор Лён и его команда исследовали новую идею: крошечные первичные чёрные дыры (ПЧД), образовавшиеся в ранней Вселенной, могли бы самостоятельно вызывать эти взрывы без необходимости в звезде-компаньоне. Несмотря на то что их размер составляет всего несколько нанометров, ПЧД могут иметь массу целого астероида. Если такая дыра пройдёт сквозь белый карлик, её интенсивная гравитация может вызвать достаточный нагрев, чтобы запустить неуправляемую ядерную реакцию, приводящую к сверхновой.

Используя передовое компьютерное моделирование, команда показала, что эта модель, управляемая ПЧД, может успешно воспроизвести «соотношение Филлипса» — последовательную картину яркости, которая делает сверхновые типа Ia такими надёжными «стандартными свечами» для измерения космических расстояний. Это позволяет предположить, что ПЧД могут дать унифицированное объяснение этим взрывам и даже помочь объяснить природу тёмной материи, которая составляет почти 90% массы Вселенной, но остаётся невидимой.

«Результаты имеют множество захватывающих последствий, — сказал доктор Лён. — Наша модель показывает, как сверхновые типа Ia могут возникать у белых карликов самого разного диапазона масс, она соответствует паттернам, которые наблюдают астрономы, и может даже предложить косвенные доказательства того, что первичные чёрные дыры являются частью тёмной материи в нашей Вселенной».

Уолтер начал работать с доктором Лёном летом 2024 года в рамках Программы летних исследований для студентов (SURP) и продолжил свои изыскания как самостоятельное исследование. Он также представил находки команды на Международной физической конференции Американского физического общества в этом году в Анахайме, Калифорния.

«Физика всегда казалась мне увлекательной, и этот проект действительно открыл мне глаза на масштабы астрофизики, — поделился Уолтер. — Участие в этом исследовании стало незабываемым первым опытом и придало мне уверенности для продолжения изучения новых проектов. Я горжусь тем, чего мы достигли вместе, и взволнован перспективами».

В планах команды — изучить, как сверхновые, вызванные ПЧД, могут влиять на химический состав галактик, включая то, как в звёздах образуются такие элементы, как железо, марганец и никель.

Больше информации: Shing-Chi Leung et al, Primordial Black Hole Triggered Type Ia Supernovae. I. Impact on Explosion Dynamics and Light Curves, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adf4e8

Источник: SUNY Polytechnic Institute