Черные дыры получают новые особенности при достаточно быстром вращении

Добавив параметр, который позволяет модели Эйнштейна сочетаться с квантовой теорией не противоречивым образом, ученые обнаружили, что при быстром вращении черные дыры могут иметь "волосы".

Об этом пишет издание Universe Today.

Общая относительность -- чрезвычайно сложная математическая теория, но на удивление просто описывает черные дыры. Стабильную черную дыру можно описать всего тремя свойствами: ее массой, электрическим зарядом и вращением или спином. Поскольку черные дыры вряд ли будут иметь большой заряд, то на самом деле нужно только два свойства. Если вы знаете массу и спин черной дыры, то вы знаете все, что можно знать о черной дыре.

Эти свойства часто обобщаются "теоремой об отсутствии волос". Эта теорема, в частности, утверждает, что как только материя попадает в черную дыру, единственной характеристикой, которая остается, является масса. Вы можете сделать черную дыру со стоимостных для Солнца водорода, стульев, или тех старых журналов на чердаке бабушки, и никакой разницы не будет. Масса -- это масса, если говорить об общей теории относительности. В каждом случае горизонт событий черной дыры идеально гладкий, без дополнительных особенностей. Как сказал Якоб Бекенштейн, у черных дыр нет волос.

Но при всей своей предсказательной силе, общая относительность имеет проблемы с квантовой теорией. Особенно это касается черных дыр. Если теорема об отсутствии волос верна, то информация, содержащаяся в объекте, уничтожается, когда он пересекает горизонт событий. Квантовая теория гласит, что информацию никогда нельзя уничтожить. Итак, действующей теории гравитации противоречит действующая теория квантов. Это приводит к таким проблемам, как "парадокс фаервола" -- когда нельзя решить, должен ли быть горизонт событий горячим, или холодным.

Для решения этого противоречия были предложены несколько теорий, которые часто предлагают расширение теории относительности. Но разницу между обычной относительностью и этими модифицированными теориями можно увидеть только в экстремальных ситуациях, что затрудняет их изучение с помощью наблюдений. Новая статья в "Physical Review Letters" показывает, как их можно изучать с помощью вращения черной дыры.

Во многих модифицированных теориях относительности есть дополнительный параметр, который не встречается в стандартной теории. Известный как безмассовое скалярное поле, он позволяет модели Эйнштейна сочетаться с квантовой теорией не противоречивым образом. В этой новой работе команда рассматривала, каким образом такое скалярное поле связано с вращением черной дыры. Они обнаружили, что при низких вращениях модифицированная черная дыра не отличается от стандартной модели, но при больших вращениях скалярное поле позволяет черной дыре иметь дополнительные особенности. Иными словами, в этих альтернативных моделях, быстро вращающиеся черные дыры могут иметь волосы.

Волосатые аспекты вращающихся черных дыр можно будет увидеть только у самого горизонта событий, но они также могли бы подействовать на слияние черных дыр. Как отмечают авторы, будущие обсерватории гравитационных волн должны использовать быстро вращающиеся черные дыры для определения, является ли действительной альтернатива общей относительности.

Теория общей относительности Эйнштейна до сих пор преодолела все наблюдательные вызовы, но она, вероятно, будет разрушена в самых экстремальных условиях Вселенной. Такие исследования, как это показывают нам, как можно было бы выявить теорию, которая будет следующей.

Опубликованная учеными статья называется "Самовольная поляризация спин-индуцированной черной дыры". В описании к ней говорится: "Мы изучаем скалярные поля на фоне чорных дыр и показываем, что при правильном сочетании скаляра с кривизной, быстрое вращение может вызвать тахионическую нестабильность. Ожидается, что эта нестабильность, являющаяся отличительной чертой спонтанной скаляризации в линеаризованном режиме, будет гаситься нелинейностями и наделять черную дыру скалярными волосами. Таким образом, наши результаты свидетельствуют о существовании широкого класса теорий, имеющих одинаковые с общей теорией относительности стационарных решениях черных дыр при низких оборотах, но проявляющих волосы черных дыр при достаточно высоких оборотах (a/M≳0.5). Этот результат имеет явные последствия для испытаний общей относительности и природы черных дыр с гравитационными и электромагнитными наблюдениями."

Читайте еще интересные новости о космосе.