Международная группа исследователей выяснила, что первичные черные дыры (PBH) могут вызывать взрывы белых карликов как сверхновые типа Ia. Такие необычные взрывы, возможно, объясняют наблюдаемое распределение химических элементов в звездах Млечного Пути. Работа опубликована в The Astrophysical Journal.
PBH — гипотетические остатки ранних мгновений Вселенной. Ученые считают, что они могли сформироваться во время космической инфляции, когда быстрое расширение усилило небольшие флуктуации в распределении материи. Эти черные дыры рассматривают как кандидатов в темную материю — невидимое вещество, которое составляет около 90% всей материи во Вселенной по массе. Темную материю нельзя увидеть, но ее гравитационное влияние заметно в галактиках и по всему космосу.
Первичные черные дыры могут проходить сквозь звезды. Более ранние исследования показали: если PBH пролетит через белый карлик, ее гравитация создаст мощные приливные силы внутри звезды. Эти силы могут дестабилизировать белый карлик и вызвать взрыв как сверхновая типа Ia (SNe Ia). Белый карлик — плотный звездный остаток, который остается после того, как звезда малой массы исчерпает топливо. Сверхновые типа Ia — очень яркие взрывы; обычно считается, что они происходят, когда белый карлик становится нестабильным и в нем начинается неконтролируемая термоядерная реакция.
Исследование возглавил Шинг-Чи Леунг, доцент SUNY Polytechnic Institute и приглашенный научный сотрудник Kavli IPMU. В команду также вошли приглашенный старший научный сотрудник Kavli IPMU Кенъити Номото и старший научный сотрудник Kavli IPMU Александр Кусенко. Ученые исследовали движение, яркость и химические свойства сверхновых, полученных через этот предложенный механизм.
В более ранней работе 2025 года команда показала, что PBH-триггерные взрывы могут давать SNe Ia, свойства которых близки к стандартным моделям сверхновых типа Ia. В новом исследовании они сравнили свои модели с известными остатками сверхновых (Tycho, Kepler, 3C 397), близкими сверхновыми (например, SN 2011fe, SN 2012cg) и химическим составом звезд Млечного Пути. Результаты показали: PBH-триггерные SNe Ia могут воспроизводить несколько наблюдаемых характеристик этих сверхновых и их остатков.
Исследователи изучили радиоактивные изотопы Ni-56, Ni-57 и стабильные элементы Mn и Ni. Эти химические сигнатуры позволили оценить массы и металличности звезд, породивших взрывы. Металличность — количество металлов в момент образования звезды, что указывает на время ее рождения и химические условия в ту эпоху. В астрономии металлами называют элементы тяжелее водорода и гелия.
Команда также использовала модели сверхновых, чтобы понять, как этот механизм влияет на обогащение галактики химическими элементами. Сверхновые выбрасывают в пространство новые элементы, которые позже становятся частью новых звезд и планет. Анализ показал: чтобы объяснить наблюдаемый тренд химического обилия в звездах Млечного Пути, нужна ненулевая доля PBH-триггерных SNe Ia. Это значит, что первичные черные дыры могли влиять на химическую эволюцию нашей галактики через вызванные ими взрывы.
«Наша работа предполагает, что некоторые сверхновые, которые мы наблюдаем на небе, могут быть результатом PBH. Поэтому, даже если мы не можем напрямую увидеть эти ускользающие объекты, они оставляют много интересных подсказок для изучения их свойств», — сказал Леунг. Исследователи планируют расширить работу и изучить, как PBH-триггерные взрывы могут влиять на общую популяцию обычных сверхновых и совокупные темпы этих коротких, но мощных событий.