Теоретически, чёрная дыра с массой приблизительно в сорок тонн способна существовать в недрах плотной звезды и сохраняться благодаря постоянному поступлению тёмной материи, предотвращая её мгновенное исчезновение. Новейшие исследования демонстрируют, что даже объекты столь малого размера при определенных обстоятельствах могут противостоять разрушительному воздействию квантового испарения и постепенно увеличиваться в размерах.

Традиционное понимание чёрных дыр подразумевает, что чем меньше их масса, тем интенсивнее они теряют энергию. В 1974 году Стивен Хокинг доказал, что чёрные дыры не являются абсолютно «чёрными», поскольку из-за квантовых эффектов они излучают энергию, известную как излучение Хокинга.

Для маломассивных чёрных дыр данный процесс приобретает особое значение. К примеру, первичная чёрная дыра с массой около 10¹² килограммов могла бы просуществовать на протяжении времени, равного возрасту Вселенной. Более лёгкие объекты, если бы они образовались в ранней Вселенной, уже давно должны были бы прекратить своё существование.

Тем не менее, учёные обратили внимание на альтернативную возможность – формирование микроскопических чёрных дыр внутри плотных небесных тел, к примеру, белых карликов и нейтронных звёзд.

Предполагается, что сверхтяжёлые частицы тёмной материи могут постепенно поглощаться подобными звёздами. Если эти частицы не аннигилируют при взаимодействии, они способны скапливаться в центре звезды, формируя область с высокой плотностью. Со временем эта область может схлопнуться и образовать небольшую чёрную дыру внутри звезды.

Учёные обозначают данный феномен как эндопаразитическую чёрную дыру — чёрное тело, расположенное внутри другого небесного объекта.

В результате своего появления такая чёрная дыра оказывается вовлечённой в непрерывный конфликт между двумя противоположными тенденциями. С одной стороны, она уменьшает свою массу посредством излучения Хокинга. С другой – поглощает вещество из окружающей звёздной среды и продолжает аккумулировать частицы тёмной материи.

Именно этот процесс может повлиять на дальнейшую эволюцию объекта. Проведённые вычисления демонстрируют, что при определённом стечении обстоятельств чёрная дыра с первоначальной массой приблизительно в 40 тонн не исчезнет, а начнёт увеличиваться в размерах.

Ключевым фактором здесь выступает концентрация тёмной материи в окрестностях звезды. Без включения этого параметра в расчёты требуемая масса для роста подобной чёрной дыры оказывается значительно больше.

Принимая во внимание исключительно аккрецию вещества из звёздного тела и потерю массы вследствие излучения Хокинга, критическая масса в ряде ситуаций может составлять порядка 10¹⁰ килограммов.

Однако постоянное поступление тёмной материи приводит к снижению этого значения. Согласно расчётам, для белого карлика, находящегося в области галактического диска, где расположена Солнечная система, критическая начальная масса составляет приблизительно 10 тысяч тонн. В центральной части Галактики, характеризующейся более высокой концентрацией тёмной материи, этот показатель может сократиться до примерно 40 тонн.

Для нейтронной звезды, расположенной в области галактического центра с высоким содержанием тёмной материи, предел составляет около 600 тонн.

По мнению исследователей, это не свидетельствует об обнаружении чёрной дыры массой в сорок тонн. Рассматривается скорее теоретическая перспектива: при соблюдении конкретных условий подобный объект может демонстрировать положительный баланс массы, то есть поглощать больше вещества, чем испускать.

В случае продолжительности данного процесса, объект способен постепенно наращивать свою массу и в конечном итоге кардинально повлиять на эволюцию своей звезды, трансформировав её в чёрную дыру.

Проведённое исследование предоставляет возможность использовать звёздные объекты как естественные индикаторы для изучения тёмной материи. Если бы определённые частицы тёмной материи были бы способны к эффективному формированию растущих чёрных дыр внутри звёзд, то многие древние белые карлики и миллисекундные пульсары не смогли бы просуществовать миллиарды лет.

Следовательно, существование старых компактных звёзд даёт учёным возможность определять характеристики гипотетических частиц тёмной материи и оценивать степень их взаимодействия с обычным веществом.

Согласно выводам ученых, на полученные данные способны оказывать влияние дополнительные параметры, такие как вращение небесного тела и характеристики его магнитного поля. В дальнейшем для повышения точности расчетов следует принимать во внимание указанные факторы.

Проведенное исследование демонстрирует, что окружающая среда оказывает существенное воздействие на эволюцию даже самых миниатюрных черных дыр: объект, который в условиях разреженной космической среды стремительно бы испарился, в плотной звездной среде может получить дополнительный источник энергии и начать увеличиваться в размерах.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review D.