Czarne dziury przyjmują bardzo różne rozmiary. W centrach masywnych galaktyk mamy supermasywne czarne dziury o masie od milionów do miliardów mas Słońca. Gdy umierają masywne gwiazdy z kolei, powstają czarne dziury o masie gwiazdowej. Między tymi dwiema kategoriami znajduje się natomiast cała kategoria czarnych dziur o masie pośredniej. Do niedawna naukowcy nie byli w stanie odkryć ani jednej takiej czarnej dziury, ale w ostatnich latach już kilka kandydatek się pojawiło. Teoria mówi także o niewielkich, wprost mikroskopijnych czarnych dziurach, które mogły powstać na samym początku wszechświata. Dotychczas nie udało się żadnej takiej czarnej dziury odnaleźć, ale to wciąż nie oznacza, że one nie istnieją.
W najnowszym artykule naukowym zespół naukowców z Uniwersytetu Yale oraz Instytutu Maxa Plancka w Niemczech opisał nietypową konfigurację: mikroskopijne czarne dziury znajdujące się we wnętrzu gwiazdy podobnej do Słońca.
Na pierwszy rzut oka można by pomyśleć, że to raczej niemożliwe, bowiem czarna dziura po prostu pochłonęłaby gwiazdę od środka. To jednak wcale nie jest takie proste.
Obliczenia wskazują bowiem, że takie obiekty mogłyby istnieć bardzo długo. Więcej, najlżejsze czarne dziury znajdujące się we wnętrzu gwiazdy nie miałyby znaczącego wpływu na działanie gwiazdy przez całe jej trwające miliardy lat życie. Co jednak ciekawe, nieco masywniejsze czarne dziury we wnętrzach gwiazd mogą powodować powstawanie efektów, które powinniśmy być w stanie dostrzec np. metodami asterosejsmologii.
Czytaj także: Czy ciemna materia składa się z pierwotnych czarnych dziur? Już niebawem będzie można to zbadać
Cały problem miniaturowych czarnych dziur o masie porównywalnej do masy planet, księżyców czy planetoid polega na tym, że obiekty tego typu nie mają masy wystarczającej do tego, aby zapaść się na siebie pod wpływem grawitacji i tym samym spowodować powstanie czarnej dziury. Z drugiej strony Stephen Hawking pół wieku temu przekonywał, że takie obiekty mogły powstać w pierwszych sekundach istnienia wszechświata, gdy materia była wciąż gorąca i gęsta.
Załóżmy, że tak właśnie było i część z takich dziur skończyła ostatecznie we wnętrzach gwiazd. Autorzy opisywanego opracowania postanowili przeanalizować jaki wpływ miałyby czarne dziury o masie maksymalnie gwiazdy, na gwiazdy o masie 0,8 do 100 mas Słońca.
Wyniki obliczeń są zaskakujące. Najmniejsze czarne dziury znajdujące się we wnętrzu gwiazdy rosłyby bardzo powoli, i pochłonięcie całej gwiazdy od środka zajęłoby takiej czarnej dziurze długie miliony lat. Siłą rzeczy takiego obiektu raczej nie odkryjemy.
Inaczej jest jednak w przypadku czarnych dziur o masie porównywalnej z masą planety karłowatej. O! Taki obiekt będzie pochłaniał materię nieco bardziej wydajnie i zachłannie. Proces ten by postępował na tyle szybko, że wokół czarnej dziury, we wnętrzu gwiazdy powstałby dysk akrecyjny, który z kolei — jak to ma miejsce w przypadku wszystkich dysków wokół czarnych dziur — emitowałby ogromne ilości światła i ciepła. W ciągu miliarda lat czarna dziura urosłaby na tyle, że sama gwiazda nie byłaby już napędzana procesami fuzji jądrowej, a promieniowaniem emitowanym przez dysk akrecyjny wokół czarnej dziury znajdującej się we wnętrzu gwiazdy. Można zatem powiedzieć, że czarna dziura stałaby się swoistym napędem gwiazdy. Jeżeli takie gwiazdy faktycznie istnieją, to naukowcy mają już dla nich nazwę. Są to gwiazdy Hawkinga.
Czytaj także: Czarna dziura z początków wszechświata zdradza swoją tajemnicę. Wiemy już jak powstała
Czy da się taką gwiazdę znaleźć? Naukowcy przekonują, że gdyby taka gwiazda przeszła w stadium czerwonego olbrzyma, to miałaby niższą temperaturę, niż oczekuje się po gwieździe takiego typu. I tu ciekawostka — takie gwiazdy, czyli zaskakująco chłodne czerwone olbrzymy — już odkryto.
Teraz naukowcy muszą przyjrzeć się tym gwiazdom i poszukać w nich innych oznak, które mogłyby wskazywać na obecność w ich wnętrzach czarnej dziury. Takimi oznakami mogłyby być charakterystyczne wzorce akustyczne, czy delikatne zmiany jasności powierzchni gwiazdy.
Warto zająć się takimi badaniami. Gdyby faktycznie udało się znaleźć miniaturowe czarne dziury we wnętrzach gwiazd, potwierdzilibyśmy zarazem istnienie teoretycznych pierwotnych czarnych dziur, które powstały na początku wszechświata, a na dodatek zyskalibyśmy kolejnego kandydata na wyjaśnienie ciemnej materii.