Чорні діри отримують нові особливості при достатньо швидкому обертанні

Додавши параметр, який дозволяє моделі Ейнштейна поєднуватися з квантовою теорією не суперечливим чином, вчені виявили, що при швидкому обертанні чорні діри можуть мати "волосся".

Про це пише видання Universe Today.

Загальна відносність -- надзвичайно складна математична теорія, але напрочуд просто описує чорні діри. Стабільну чорну діру можна описати лише трьома властивостями: її масою, електричним зарядом та обертанням, або спіном. Оскільки чорні діри навряд чи матимуть великий заряд, то насправді потрібно лише дві властивості. Якщо ви знаєте масу та спін чорної діри, то ви знаєте все, що можна знати про чорну діру.

Ці властивості часто узагальнюються "теоремою про відсутність волосся". Ця теорема, зокрема, стверджує, що як тільки матерія потрапляє в чорну діру, єдиною характеристикою, що залишається, є маса. Ви можете зробити чорну діру із вартісних для Сонця водню, стільців, або тих старих журналів на горищі бабусі, і ніякої різниці не буде. Маса -- це маса, якщо казати про загальну теорію відносності. У кожному випадку горизонт подій чорної діри ідеально гладкий, без додаткових особливостей. Як сказав Якоб Бекенштейн, у чорних дір немає волосся.

Але при всій своїй передбачувальній силі, загальна відносність має проблеми з квантовою теорією. Особливо це стосується чорних дір. Якщо теорема про відсутність волосся правильна, то інформація, що міститься в об′єкті, знищується, коли він перетинає горизонт подій. Квантова теорія говорить, що інформацію ніколи не можна знищити. Отже, дійсній теорії гравітації суперечить дійсна теорія квантів. Це призводить до таких проблем, як "парадокс фаєрвола" -- коли не можна вирішити, чи має горизонт подій бути гарячим, чи холодним.

Для вирішення цього протиріччя були запропоновані кілька теорій, які часто пропонують розширення теорії відносності. Але різницю між типовою відносністю та цими модифікованими теоріями можна побачити лише в екстремальних ситуаціях, що ускладнює їх вивчення за допомогою спостережень. Нова стаття у "Physical Review Letters" показує, як їх можна вивчати за допомогою обертання чорної діри.

Новини за подібною темою:

		У ранньому Всесвіті знайдено чорну діру, що поглинає матерію набагато швидше, ніж теоретично можливо
		Чорна діра знищує зорю та вже взялася за іншу
		Коливання Марса може бути ознакою темної матерії, говориться в дослідженні

У багатьох модифікованих теоріях відносності є додатковий параметр, який не зустрічається у стандартній теорії. Відомий як безмасове скалярне поле, він дозволяє моделі Ейнштейна поєднуватися з квантовою теорією не суперечливим чином. У цій новій роботі команда розглядала, яким чином таке скалярне поле пов′язане з обертанням чорної діри. Вони виявили, що при низьких обертаннях модифікована чорна діра не відрізняється від стандартної моделі, але при великих обертаннях скалярне поле дозволяє чорній дірі мати додаткові особливості. Іншими словами, в цих альтернативних моделях, чорні діри, що швидко обертаються, можуть мати волосся.

Волохаті аспекти чорних дір, що обертаються, можна буде побачити лише біля самого горизонту подій, але вони також могли б подіяти на злиття чорних дір. Як зазначають автори, майбутні обсерваторії гравітаційних хвиль повинні мати можливість використовувати чорні діри, що швидко обертаються, для визначення, чи дійсною є альтернатива загальній відносності.

Теорія загальної відносності Ейнштейна досьогодні подолала всі спостережувальні виклики, але вона, ймовірно, буде зруйнована в найекстремальніших умовах Всесвіту. Такі дослідження, як це, показують нам, як можна було б виявити теорію, яка буде наступною.

Опублікована вченими стаття називається "Самовільна поляризація спін-індукованої чорної діри". В описі до неї говориться: "Ми вивчаємо скалярні поля на фоні чорної діри і показуємо, що коли скаляр належним чином пов′язаний із кривизною, швидке обертання може викликати тахіонічну нестабільність. Очікується, що ця нестабільність, яка є ознакою спонтанної скаляризації в лінеаризованому режимі, буде ліквідована нелінійностями та наділить чорну діру скалярним волоссям. Таким чином, наші результати свідчать про існування широкого класу теорій, що мають однакові із загальною теорією відносності стаціонарні рішення чорних дір при низьких обертах, але які виявляють волосся чорних дір при досить високих обертах (a/M≳0,5). Цей результат має чітке значення для випробувань загальної теорії відносності та природи чорних дір за допомогою гравітаційних та електромагнітних спостережень".

Читайте ще цікаві новини про космос.

• Чорні діри