Один такой гость — и целая система летит кувырком: как первичные черные дыры могут «перестраивать» орбиты планет

Наш космический дом, Солнечная система, кажется оплотом стабильности. Планеты веками движутся по своим выверенным орбитам, словно заведённый часовой механизм. Но Вселенная — место куда более хаотичное, чем наш тихий уголок. За пределами видимого мира могут скрываться невидимые силы, способные одним своим пролётом перекроить судьбу целой планетной системы. И главный подозреваемый в этом космическом хулиганстве — объект столь же загадочный, сколь и древний: первичная чёрная дыра.

Кто вы, мистер ПЧД?

Когда мы слышим «чёрная дыра», воображение рисует гигантского монстра, родившегося из коллапса массивной звезды. Но первичные чёрные дыры (ПЧД) — совсем другая история. Это гипотетические реликты, ровесники самой Вселенной.

Представьте себе первые мгновения после Большого взрыва. Вселенная была невероятно плотным и горячим «супом» из субатомных частиц. В этом бурлящем котле могли возникать случайные уплотнения материи. Если такое уплотнение оказывалось достаточно массивным, оно могло сколлапсировать под собственной гравитацией, породив чёрную дыру. И всё это — задолго до того, как зажглась первая звезда.

В этом и заключается их главная странность. ПЧД не ограничены массой звёзд. Теоретически, они могут быть крошечными, как атом, но при этом весить как крупный астероид. Или, наоборот, достигать массы в сотни и тысячи Солнц. Эти «призраки» ранней Вселенной до сих пор могут носиться по галактике, будучи невидимыми для наших телескопов. Некоторые учёные даже предполагают, что именно они могут составлять неуловимую тёмную материю — загадочное вещество, на которое приходится большая часть массы Вселенной.

Невидимый возмутитель спокойствия

Астрономы открыли уже более пяти тысяч планет у других звёзд — экзопланет. Изучая их, они порой натыкаются на странности: вытянутые, нестабильные или необычно наклонённые орбиты. Конечно, у этого могут быть разные причины — например, гравитационное влияние другой планеты-соседки. Но что, если виновник — невидимый странник?

Именно этим вопросом задалась группа учёных из Канады и США. Их работа, пока что опубликованная в виде препринта, — это, по сути, первая попытка оценить, насколько серьёзно пролёт первичной чёрной дыры может повлиять на чужие миры. Это как расследование космического ДТП: есть «пострадавший» (планета на странной орбите), но «виновник» скрылся с места происшествия, не оставив следов.

Космический бильярд: как устроен эксперимент

Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи создали цифровую модель. В её основе лежит классическая «задача трёх тел»: звезда, планета и пролетающая мимо ПЧД. В качестве «подопытной» системы взяли аналог нашей: звезда массой с Солнце и планета, похожая на Юпитер.

Ключевой момент здесь — скорость. ПЧД, как предполагается, мчатся сквозь космос на огромной скорости. Их сближение с планетной системой — это не плавное гравитационное «перетягивание каната». Это скорее резкий, импульсивный удар. Представьте, что вы катите бильярдный шар. Если медленно подносить к нему другой, он плавно изменит траекторию. А если ударить по нему вторым шаром на полной скорости — он отлетит в непредсказуемом направлении. То же самое и с планетой: внезапное и мощное гравитационное воздействие от пролетающей ПЧД может резко «выбить» её с привычной орбиты.

Учёные задали себе три главных вопроса:

1. Как часто эти «космические пули» вообще пролетают в окрестностях звёзд?
2. Какова вероятность, что такой пролёт будет достаточно близким, чтобы навредить?
3. И если это произойдёт, как именно изменится орбита планеты?

Вердикт: виновен, но с оговорками

Результаты моделирования показали: да, пролёты ПЧД действительно способны существенно изменять орбиты планет. Они могут сделать почти идеальный круглый путь планеты вытянутым и эллиптическим, что приведёт к резким перепадам климата на ней — от ледникового периода до испепеляющей жары. В редких, особо драматичных случаях, планета и вовсе может быть выброшена из своей системы и отправлена в вечное одинокое странствие по межзвёздному пространству.

Но всё, конечно же, зависит от двух неизвестных: массы ПЧД и их количества в галактике. Поскольку мы их никогда не видели, остаётся лишь строить предположения. Основываясь на косвенных данных (например, на эффектах гравитационного микролинзирования), авторы работы предположили, что в нашем Млечном Пути может находиться около 3 миллионов таких объектов. Звучит много, но в масштабах галактики это капля в море. И всё же, этого может быть достаточно, чтобы время от времени «перетряхивать» некоторые планетные системы.

Теория есть, а как насчёт доказательств?

И вот здесь мы сталкиваемся с главной проблемой. Вся эта элегантная теория — пока что лишь теория. Мы не можем просто навести телескоп и сказать: «Ага, вот у той звезды орбиту планеты только что искривила пролетевшая мимо чёрная дыра!» Современные методы наблюдений просто не позволяют зафиксировать такое событие. Более того, мы до сих пор не уверены на 100%, существуют ли первичные чёрные дыры в принципе.

Большие неопределённости в наших знаниях о формировании планет также мешают делу. Странная орбита может быть результатом пролёта ПЧД, а может — следствием хаотичных событий на заре рождения этой системы. Отделить одно от другого сегодня практически невозможно.

Так зачем же тогда всё это нужно? Эта работа — не попытка немедленно что-то доказать. Это создание нового теоретического инструмента. Астрономы как бы говорят: «Смотрите, есть ещё один возможный механизм, который может формировать облик планетных систем».

Когда-нибудь в будущем, с появлением телескопов нового поколения и более точных каталогов экзопланет, мы сможем анализировать орбиты тысяч миров с невероятной точностью. И если мы обнаружим аномалии, которые никак не объясняются известными процессами, у нас уже будет наготове один из главных «подозреваемых». Возможно, именно так, изучая искажённые пути далёких миров, мы впервые получим косвенное доказательство существования этих неуловимых призраков ранней Вселенной.