如果你把一个黑洞放到太阳里会发生什么？

何一方88

艺术家在思想实验中将一个小黑洞放在太阳中心的印象。鸣谢:维基媒体/知识共享。

（）据马克斯·普朗克学会：在一个假设的场景中，小的原始黑洞可能被新形成的恒星捕获。由马克斯·普朗克天体物理研究所的研究人员领导的一个国际团队现在对这些所谓的“霍金恒星”的演化进行了建模，并发现它们可以拥有惊人的长寿命，在许多方面类似于正常的恒星。这项工作发表在《天体物理学杂志》上。

星震学可以帮助识别这样的恒星，这反过来可以测试原始黑洞的存在及其作为暗物质组成部分的作用。

让我们做一个科学练习:如果我们假设大量非常小的黑洞是在大爆炸之后产生的(所谓的原始黑洞)，其中一些可能是在新恒星形成过程中被捕获的。这将如何影响恒星的寿命？

“科学家有时会问一些疯狂的问题，以便了解更多，”马克斯·普朗克天体物理研究所(MPA)恒星部主任塞尔玛·德明克说。“我们甚至不知道这样的原始黑洞是否存在，但我们仍然可以做一个有趣的思想实验。”

原始黑洞会在宇宙早期形成，具有很大的质量范围，从一些小行星到数千个太阳质量。它们可能构成暗物质的重要组成部分，也是现今星系中心超大质量黑洞的种子。

在极小的概率下，一颗新形成的恒星可以捕获一个质量相当于小行星或小卫星的黑洞，然后占据恒星的中心。这样的恒星被称为“霍金星”，以斯蒂芬·霍金的名字命名，他在20世纪70年代的一篇论文中首次提出了这一想法。



基彭哈恩图显示了有和没有中心黑洞时太阳内部的演化。左图显示了质量分布，标明了能量产生和传输的区域。右边的面板显示了径向分布，显示了光球半径(黑线)和太阳半径(水平虚线)。顶部的面板对应于一个正常的太阳演化模型，该模型从MS演化到核心氢耗尽，再到氢壳燃烧成为红巨星。底部的面板显示了一个与现在的太阳一致的模型，在它的中心有一个黑洞在生长。核聚变(红色)提供了大部分的太阳光度，直到黑洞有足够的质量来抑制反应。黑洞驱动对流(阴影)，混合核心最里面的部分，最终整个恒星。请注意面板之间y轴刻度的差异。鸣谢:天体物理学杂志(2023)。DOI: 10.3847/1538-4357/ad04de

这种霍金恒星中心的黑洞只会缓慢增长，因为流入黑洞的气体受到流出光度的阻碍。一个国际科学家小组现在已经用不同的黑洞初始质量和不同的恒星中心吸积模型模拟了这样一颗恒星的演化。他们的惊人结果是:当黑洞质量很小时，这颗恒星基本上与普通恒星没有区别。

领导这项研究的是耶鲁大学MPA博士后、现任助理教授厄尔·帕特里克·贝林格，他说:“中心有一个黑洞的恒星可以活得出奇的长。”“我们的太阳甚至可能在我们没有注意到的情况下，在其中心有一个和水星一样大的黑洞。”

这种霍金恒星和普通恒星之间的主要区别是在核心附近，由于黑洞的吸积，核心会变成对流的。它不会改变恒星表面的性质，也不会避开目前的探测能力。然而，使用相对较新的星地震学领域可以探测到它，天文学家正在使用声波振荡来探测恒星的内部。

同样在它们后来的演化过程中，在红巨星阶段，黑洞可能会产生一些特征信号。随着即将到来的项目，如柏拉图，这样的对象可能会被发现。然而，需要进一步的模拟来确定将黑洞放入不同质量和金属含量的恒星中的意义。

如果原始黑洞确实是在大爆炸后不久形成的，那么寻找霍金恒星可能是找到它们的一种方法。

“尽管太阳被用来锻炼，但有充分的理由认为霍金恒星在球状星团和超暗矮星系中很常见，”伊利诺伊州立大学的马特·卡普兰教授指出，他是这项研究的合著者。

“这意味着霍金恒星可以成为一种工具，用于测试原始黑洞的存在，以及它们作为暗物质的可能作用。”