В ядре Млечного Пути существует проблема отсутствия пульсара. Астрономы пытались объяснить это в течение многих лет. Одна из наиболее интересных идей исходит от группы астрономов из Европы и касается темной материи, нейтронных звезд и первичных черных дыр (ПЧД).
Астроном Роберто Кайоццо из Международной школы перспективных исследований в Триесте, Италия, возглавил группу, изучающую проблему пропавшего пульсара. «Мы не наблюдаем никаких пульсаров в этой внутренней области (за исключением магнетара PSR J1745-2900)», — написал он в электронном письме. «Считалось, что это связано с техническими ограничениями, но наблюдение магнетара, похоже, говорит об обратном». Этот магнетар вращается вокруг Стрельца А*, черной дыры в ядре Млечного Пути.
Команда изучила другие возможные причины, по которым пульсары не появляются в ядре, и внимательно изучила образование матнетара, а также разрушение нейтронных звезд. Одной из интригующих идей, которые они исследовали, была каннибализация первичных черных дыр нейтронными звездами. Команда исследовала проблему отсутствия пульсаров, задав вопрос: может ли каннибализм нейтронных звезд и первичных черных дыр объяснить отсутствие обнаруженных миллисекундных пульсаров в ядре Млечного Пути? Давайте посмотрим на главных действующих лиц этой тайны, чтобы понять, могло ли такое произойти.
Нейтронные звезды, пульсары и маленькие черные дыры, о боже
Теория предполагает, что первичные черные дыры возникли в первые секунды после Большого взрыва. «О существовании ПЧД неизвестно, — отмечает Кайоццо, — но они, похоже, объясняют некоторые важные астрофизические явления». Он указал на идею о том, что сверхмассивные черные дыры, по-видимому, существовали в очень ранние времена во Вселенной, и предположил, что они могли быть семенами этих монстров. Если PHB существуют, будущий римский телескоп Нэнси Грейс может помочь их найти. Астрономы предсказывают, что они могут существовать в диапазоне масс: от массы булавки до примерно 100 000 массы Солнца. Среди них может быть промежуточный диапазон, так называемые PBH «астероидной массы». Астрономы предполагают, что последние являются кандидатами на темную материю.
Темная материя составляет около 27 процентов Вселенной, но помимо предположений о том, что PBH может быть частью темной материи, астрономы до сих пор точно не знают, что это такое. Похоже, что в ядре нашей галактики его действительно много. Однако непосредственно он не наблюдался, поэтому предполагается его присутствие. Связан ли он с этими PBH среднего уровня? Никто не знает.
Третий игрок в загадке пропавшего пульсара — нейтронные звезды. Это огромные дрожащие шары нейтронов, оставшиеся после смерти звезды-сверхгиганта с массой от 10 до 25 солнечных. Нейтронные звезды вначале очень горячие (в пределах десяти миллионов К) и со временем остывают. Они начинают вращаться очень быстро и генерируют магнитные поля. Некоторые излучают лучи излучения (обычно на радиочастотах), и по мере вращения эти лучи выглядят как «импульсы» излучения. За это они получили прозвище «пульсар». Нейтронные звезды с чрезвычайно мощными магнитными полями называются «магнетарами».
Проблема пропавшего пульсара
Астрономы без особого успеха искали пульсары в ядре Млечного Пути. Исследование за исследованием не обнаруживало никаких радиопульсаров в пределах внутренних 25 парсеков ядра Галактики. Почему это? Кайццо и его соавторы в своей статье предположили, что образование магнетаров и другие нарушения нейтронных звезд, влияющие на формирование пульсаров, не совсем объясняют отсутствие этих объектов в ядре галактики. «Эффективное образование магнетаров могло бы объяснить это (из-за их более короткого времени жизни)», — сказал он, — «Но нет никаких теоретических оснований ожидать этого. Другая возможность заключается в том, что пульсары каким-то образом разрушаются».
Обычно разрушение происходит в двойных звездных системах, где одна звезда массивнее другой и взрывается как сверхновая. Другая звезда может взорваться, а может и не взорваться. Что-то может вообще выкинуть его из системы. Выжившая нейтронная звезда становится «разрушенным» пульсаром. Их не так легко наблюдать, что может объяснить отсутствие радиообнаружения.
Если спутник не выбрасывается и позже раздувается, его вещество засасывается нейтронной звездой. Это раскручивает нейтронную звезду и влияет на магнитное поле. Если вторая звезда останется в системе, она позже взорвется и станет нейтронной звездой. В результате получается двойная нейтронная звезда. Это нарушение может помочь объяснить, почему ядро галактики, по-видимому, лишено пульсаров.
Использование снимков первичных черных дыр для объяснения пропавших пульсаров
Команда Кайццо решила использовать двумерные модели миллисекундных пульсаров – то есть пульсаров, вращающихся очень быстро – как способ исследовать возможность захвата первичных черных дыр в ядре галактики. Процесс работает следующим образом: миллисекундный пульсар каким-то образом взаимодействует с первичной черной дырой, имеющей менее одной звездной массы. В конце концов, нейтронная звезда (обладающая достаточно сильным гравитационным притяжением, чтобы притянуть ПЧД) захватывает черную дыру. Как только это произойдет, ПЧД опустится в ядро нейтронной звезды. Внутри ядра черная дыра начинает аккумулировать вещество нейтронной звезды. В конце концов, все, что останется, — это черная дыра примерно той же массы, что и исходная нейтронная звезда. Если это произойдет, это может помочь объяснить отсутствие пульсаров во внутренних парсеках Млечного Пути.
Могло ли это случиться? Команда исследовала возможные скорости захвата PBH нейтронными звездами. Они также рассчитали вероятность коллапса данной нейтронной звезды и оценили скорость разрушения пульсаров в ядре галактики. Если не все разрушенные пульсары являются или были частью двойных систем, то захват ПЧД нейтронными звездами остается еще одним способом объяснить отсутствие пульсаров в ядре. Но происходит ли это на самом деле?
Напряжение в связи с отсутствием пульсара продолжается
По мнению Кайццо, такой каннибализм не может объяснить проблему пропавшего пульсара. «Мы обнаружили, что в нашей текущей модели ПЧД не способны разрушать эти объекты, но это только с учетом нашей упрощенной модели взаимодействия двух тел», — сказал он. Это не исключает существования ПГБ, но в отдельных случаях такого захвата не происходит.
Итак, что же осталось проверить? Если в ядрах есть PHB и они сливаются, то их еще никто не видел. Но центр Галактики — оживленное место. Множество тел толпятся в центральных парсеках. Вам нужно рассчитать эффекты всех этих объектов, взаимодействующих в таком маленьком пространстве. Эта проблема «динамики многих тел» должна учитывать другие взаимодействия, а также динамику и захват ПЧД.
Астрономам, желающим использовать слияния PBH и нейтронных звезд, чтобы объяснить отсутствие наблюдений пульсаров в ядре Галактики, необходимо будет лучше понять как предлагаемые наблюдения, так и более крупные популяции пульсаров. Команда предполагает, что будущие наблюдения старых нейтронных звезд вблизи Стрельца А* могут быть очень полезными. Они помогут установить более строгие ограничения на количество PBH в ядре. Кроме того, было бы полезно получить представление о массах этих ПЧД, поскольку те, что находятся на нижнем конце (типы масс астероидов), могут взаимодействовать совсем по-разному.
Для дополнительной информации
Возвращение к захвату первичных черных дыр нейтронными звездами
Поиск пульсаров в центре Галактики на диаметрах 3 и 2 мм
