Астрономы столкнулись с загадкой отсутствия пульсаров центре Млечного Пути. Пульсары – это быстро вращающиеся нейтронных звёзды, излучающие импульсы радиоволн. На протяжении многих лет учёные пытались найти объяснение этому феномену, выдвигая различные гипотезы.

Одна из наиболее интригующих идей исходит от группы европейских астрономов, связывающих отсутствие пульсаров с тёмной материей и первичными чёрными дырами. Возглавил исследование астроном  Роберто Кайоццо из Международной школы перспективных исследований в Триесте (Италия).

«Мы не наблюдаем пульсаров во внутренней области галактики, за исключением магнетара PSR J1745-2900, вращающегося вокруг сверхмассивной чёрной дыры Sgr A*», – отметил Кайоццо. Долгое время считалось, что отсутствие пульсаров связано с техническими ограничениями наблюдений, однако открытие магнетара поставило этот факт под сомнение.   

Иллюстрация вспышки магнетара. Нейтронные звёзды, которые быстро вращаются и излучают излучение, называются пульсарами, а специфические пульсары в ядре Млечного Пути встречаются редко. ????Источник: NASA/JPL-CalTech

Команда астрономов изучила альтернативные  причины отсутствия пульсаров, уделив особое внимание процессам образования магнетаров и разрушения нейтронных звёзд. Одной из рассмотренных идей стала гипотеза о каннибализации первичных чёрных дыр нейтронными звёздами.

Первичные чёрные дыры – гипотетические объекты, которые, как предполагается, возникли в первые мгновения после Большого взрыва. «О существовании первичных чёрных дыр мало что известно, однако они, кажется, способны объяснить некоторые важные астрофизические явления», – отметил Кайоццо.

Учёные выдвинули предположение, что сверхмассивные чёрные дыры, существовавшие на ранних этапах развития Вселенной, могли сформироваться из первичных чёрных дыр. Если гипотеза о существовании первичных чёрных дыр верна, то будущий космический телескоп  Nancy Grace Roman сможет помочь их обнаружить.

Согласно теоретическим расчётам, первичные чёрные дыры могут иметь массу от массы булавочной головки до примерно 100 000 масс Солнца. Среди них может находиться диапазон промежуточных масс, так называемые «первичные чёрные дыры астероидной массы».

Третьим компонентом в загадке «пропавших пульсаров» являются сами нейтронные звёзды – остатки сверхмассивных звёзд массой от 10 до 25 масс Солнца после вспышки сверхновой.

Одним из возможных механизмов разрушения пульсаров в галактических ядрах может быть процесс захвата первичных чёрных дыр нейтронными звёздами. Команда Кайоццо провела моделирование такого сценария для быстро вращающихся миллисекундных пульсаров.

Рентгеновская карта ядра Млечного Пути, показывающая положение недавно открытого магнетара, вращающегося вокруг сверхмассивной черной дыры Sgr A*. Источник: Chandra / XMM-Newton

Согласно их модели, миллисекундный пульсар, обладающий достаточно сильной гравитацией, может захватить первичную чёрную дыру с массой менее одной звёздной массы. После захвата чёрная дыра начнет поглощать вещество нейтронной звезды, пока в конечном итоге не останется только чёрная дыра примерно той же массы, что и исходная нейтронная звезда. Такой процесс каннибализации мог бы объяснить отсутствие наблюдаемых пульсаров в центральных областях Млечного Пути.

Исследователи рассчитали вероятность захвата первичных чёрных дыр нейтронными звёздами, а также скорость разрушения пульсаров в ядре галактики. Если не все разрушенные пульсары были частью двойных систем, то захват первичных чёрных дыр остаётся одним из возможных механизмов, объясняющих их отсутствие.

Однако, по мнению Кайоццо, такой каннибализм вряд ли может полностью решить загадку пропавших пульсаров: «Мы обнаружили, что в нашей текущей упрощенной модели взаимодействия двух тел первичные чёрные дыры не способны разрушать эти объекты. Это, конечно, не исключает существования первичных чёрных дыр, но в отдельных случаях захвата не происходит».

Центральные области галактик – «густонаселённые» регионы, где взаимодействуют множество различных объектов в ограниченном пространстве. Для более точного моделирования необходимо учитывать эффекты динамики большого количества тел, включая другие типы взаимодействий, а также динамику и захват первичных чёрных дыр.

Чтобы использовать слияния первичных чёрных дыр и нейтронных звёзд для объяснения отсутствия наблюдаемых пульсаров в ядре Галактики, астрономам необходимо лучше понимать как предлагаемые наблюдения, так и популяции пульсаров в целом. Команда предполагает, что будущие наблюдения старых нейтронных звёзд вблизи сверхмассивной чёрной дыры Стрелец A* могут помочь установить более строгие ограничения на количество первичных чёрных дыр в галактическом ядре. Кроме того, важно получить представление о массах этих гипотетических объектов, поскольку чёрные дыры с массами, соответствующими астероидам, могут вести себя совершенно иначе.

Попытки объяснить отсутствие пульсаров в галактических ядрах требуют более глубокого понимания сложных процессов динамики многих тел, происходящих в этих крайне плотных областях. Исследования в этом направлении могут привести к совершенствованию моделей галактической эволюции.

Подробнее на iXBT