Взрывы белых карликов, фиксируемые астрономами как сверхновые типа Ia, могут иметь неожиданное происхождение: их способны провоцировать гипотетические первичные черные дыры. К такому выводу пришла международная группа ученых, опубликовавшая результаты своей работы в Астрофизическом журнале. Помимо объяснения природы этих колоссальных вспышек, новая гипотеза помогает понять и необычное распределение химических элементов в звездах Млечного Пути.
Первичные черные дыры (сокращенно — ПЧД) считаются реликтами самых ранних мгновений существования Вселенной. Предположительно, они возникли в период стремительного расширения пространства, когда незначительные флуктуации плотности материи могли коллапсировать в компактные массивные объекты. Эти структуры до сих пор остаются гипотетическими, однако их нередко рассматривают как одних из главных претендентов на роль темной материи — таинственной субстанции, на которую приходится около 90% массы космоса. Увидеть темную материю напрямую невозможно, но ее присутствие выдает гравитационное воздействие на галактики и их скопления.
Согласно предложенной модели, ПЧД, свободно перемещаясь по Вселенной, время от времени пронзают звезды. Если такая черная дыра проходит сквозь белого карлика — сверхплотное ядро звезды малой массы, уже исчерпавшей свои термоядерные запасы, — ее гравитация создает внутри объекта мощные приливные деформации. Эти возмущения способны разрушить хрупкое равновесие белого карлика, запуская неконтролируемую термоядерную реакцию, которая завершается грандиозным взрывом — сверхновой типа Ia (или SNe Ia).
Тестирование нового пути к сверхновому типу Ia
Исследование возглавил Шинг-Чи Люн, доцент Политехнического института SUNY и приглашенный научный сотрудник Института физики и математики Вселенной Кавли Токийского университета (далее — ИПМУ Кавли). В состав коллектива также вошли старшие научные сотрудники ИПМУ Кавли Кеничи Номото и Александр Кусенко. Ученые детально изучили кинематику, блеск и химические особенности сверхновых, возникающих в результате этого нестандартного канала. Еще в работе, датированной 2025 годом, исследователи показали, что взрывы, инициированные ПЧД, способны порождать SNe Ia, свойства которых очень близки к характеристикам, предсказываемым общепринятыми моделями.
Сравнение моделей с реальными сверхновыми
На новом этапе исследователи сопоставили свои теоретические расчеты с остатками хорошо известных сверхновых — Тихо, Кеплер, 3C 397, а также с ближайшими к нам событиями SN 2011fe и SN 2012cg. Дополнительно в анализ включался химический состав звезд нашей галактики. Выяснилось, что модели, основанные на ПЧД, могут воспроизвести ряд ключевых характеристик, наблюдаемых у этих объектов.
Для проверки гипотезы исследователи изучали радиоактивные изотопы Ni-56 и Ni-57, а также стабильные элементы Mn и Ni. Эти химические маркеры позволяют реконструировать массу и металличность звезд-предшественниц, то есть оценить, насколько богатым был их исходный материал и в какую космическую эпоху они сформировались. Металличность — доля элементов тяжелее водорода и гелия — выступает своеобразными космическими часами: чем меньше металлов в звезде, тем раньше она родилась.
Первичные черные дыры могут определять химию галактики
Помимо этого, команда задействовала модели взрывов для оценки вклада данного механизма в химическое обогащение галактик. Сверхновые выбрасывают синтезированные элементы в межзвездную среду, где те впоследствии становятся строительным материалом для новых звезд и планет. Анализ показал: чтобы объяснить наблюдаемые тенденции содержания элементов в звездах Млечного Пути, необходима ненулевая доля сверхновых, вызванных ПЧД. Следовательно, первичные черные дыры принимали непосредственное участие в химической эволюции нашей галактики.
«Наша работа предполагает, что некоторые сверхновые, которые мы наблюдаем в небе, могут быть результатом ПЧД. Поэтому, хотя мы не можем напрямую наблюдать за этими уклончивыми сущностями, они олицетворяют в природе много интересных подсказок, и мы умеем учитывать их свойства», — отметил Люн.
Исследовательская группа намерена продолжить работу, сосредоточившись на изучении того, каким образом взрывы, индуцированные ПЧД, могут проявляться в различных астрофизических процессах.
связаны с популяцией обычных сверхновых и, следовательно, скоростью этих продолжительностей, но мощными событиями.