Первичные черные дыры могут вызывать взрывы белых карликов, которые тихо раскрывают свое присутствие в химическом составе Млечного Пути. Credit: Shutterstock

Международная исследовательская группа обнаружила, что первичные черные дыры могут вызывать взрывы белых карликов как сверхновые типа Ia. Эти необычные взрывы также могут помочь объяснить картину химического изобилия, наблюдаемую среди звезд Млечного Пути, согласно недавнему исследованию, опубликованному в The Astrophysical Journal.

Первичные черные дыры (ПЧД) — это гипотетические остатки самых ранних моментов Вселенной. Ученые считают, что они могли образоваться во время космической инфляции, когда быстрое расширение усилило небольшие флуктуации в распределении материи.

Эти черные дыры были предложены в качестве возможных кандидатов на роль темной материи — невидимого материала, который, как считается, составляет около 90% всей материи во Вселенной по массе. Хотя темную материю нельзя увидеть напрямую, ее гравитационные эффекты можно обнаружить в галактиках и по всему космосу.

Первичные черные дыры могут проходить сквозь звезды, перемещаясь по Вселенной. Более ранние исследования показали, что если такая дыра пройдет через белый карлик, ее гравитация может создать мощные приливные силы внутри звезды. Эти силы могут дестабилизировать белый карлик и вызвать его взрыв как сверхновую типа Ia (SNe Ia).

Белый карлик — это плотный звездный остаток, остающийся после того, как звезда малой массы исчерпала свое топливо. Сверхновые типа Ia — это чрезвычайно яркие взрывы, которые, как обычно считается, происходят, когда белый карлик становится нестабильным и испытывает неуправляемую термоядерную реакцию.

Тестирование нового пути к сверхновым типа Ia

Исследование возглавил Шинг-Чи Люн, доцент Политехнического института SUNY и приглашенный научный сотрудник Института физики и математики Вселенной Кавли (Kavli IPMU) при Токийском университете. В команду также вошли приглашенный старший научный сотрудник Kavli IPMU Кеничи Номото и старший научный сотрудник Kavli IPMU Александр Кусенко.

Ученые исследовали движение, яркость и химические свойства сверхновых, возникающих в результате этого предполагаемого канала взрывов, инициируемых ПЧД.

В более ранней статье, опубликованной в 2025 году, команда показала, что взрывы, вызванные ПЧД, могут производить SNe Ia со свойствами, которые очень похожи на свойства, генерируемые стандартными моделями сверхновых типа Ia.

Сравнение моделей с реальными сверхновыми

В новом исследовании исследователи сравнили свои модели с несколькими хорошо известными остатками сверхновых (Tycho, Kepler, 3C 397), близлежащими сверхновыми (например, SN 2011fe, SN 2012cg) и химическим изобилием звезд Млечного Пути.

Их результаты показали, что SNe Ia, вызванные ПЧД, могут воспроизвести несколько характеристик, наблюдаемых в этих сверхновых и их остатках.

Исследователи изучили радиоактивные изотопы, такие как Ni-56, Ni-57, и стабильные элементы, такие как Mn и Ni. Эти химические сигнатуры позволили им оценить массы и металличность звезд, породивших взрывы.

Металличность (количество металла при формировании звезды, которое указывает на время ее рождения в космической эпохе) может дать ключ к разгадке того, когда образовалась звезда, и химических условий, существовавших в тот момент истории Вселенной. В астрономии металлами называются элементы тяжелее водорода и гелия.

Первичные черные дыры могут формировать химию галактики

Команда также использовала модели сверхновых, чтобы изучить, как этот механизм взрыва может способствовать химическому обогащению галактики. Сверхновые выбрасывают в пространство вновь образованные элементы, которые впоследствии могут стать частью новых звезд и планет.

Анализ показал, что для объяснения тенденции химического изобилия, наблюдаемой у звезд Млечного Пути, может потребоваться ненулевая доля SNe Ia, вызванных ПЧД. Это предполагает, что первичные черные дыры могли влиять на химическую эволюцию нашей галактики через звездные взрывы, которые они вызывали.

«Наша работа предполагает, что некоторые сверхновые, которые мы наблюдаем на небе, могут быть результатом ПЧД. Поэтому, даже если мы не можем напрямую наблюдать эти ускользающие объекты, они оставляют много интересных подсказок в природе, позволяющих нам исследовать их свойства», — сказал Люн.

Исследователи планируют расширить свои исследования, изучая, как взрывы, вызванные ПЧД, могут повлиять на общую популяцию обычных сверхновых и совокупные темпы этих кратковременных, но мощных космических событий.

Источники:

sciencedaily.com

Материалы предоставлены Институтом физики и математики Вселенной Кавли.

Shing-Chi Leung, Seth Walther, Alexander Kusenko, Ken’ichi Nomoto, Tomoharu Suzuki. Primordial Black Hole Triggered Type Ia Supernovae. II. Comparison with Supernova Remnants and Galactic Chemical Evolution. The Astrophysical Journal, 2026; 1004 (2): 202 DOI: 10.3847/1538-4357/ae6db7