Экстремальные черные дыры имеют волосы, которые можно расчесать

При изучении экстремальных черных дыр выявлена еще одна величина, которой можно охарактеризовать черную дыру, кроме как по массе, спину и заряду, и которую потенциально можно измерить -- "гравитационные волосы".

Об этом рассказывают в Университете Род-Айленда, США.

Черные дыры считаются одними из самых загадочных объектов во Вселенной. Часть их интриги возникает из-за того, что черная дыра фактически является одним из простейших решений уравнений общей теории относительности Эйнштейна.

На самом деле черные дыры могут быть полностью охарактеризованы только тремя физическими величинами: массой, спином и зарядом. Поскольку они не имеют дополнительных «волосатых» атрибутов для их различения, говорят, что черные дыры не имеют «волос» -- черные дыры одинаковой массы, спина и заряда абсолютно идентичны друг другу.

Профессор Гаурав Ханна из Университета Род-Айленда и Массачусетского университета в Дартмуте вместе со своим бывшим студентом доктором Субиру Сабхарвалом в сотрудничестве с доктором Лиор Бурко из Theiss Research обнаружили, что особый тип черной дыры нарушает уникальность черных дыр, так называемую теорему "безволосости". В частности, команда изучала экстремальные черные дыры -- дыры, "насыщенные" максимальным зарядом или спином, которые они могут нести.

Ученые обнаружили, что существует величина, которую можно выстроить из кривизны пространства-времени на горизонте событий черной дыры, которая сохраняется и является измеряемой для удаленного наблюдателя. Поскольку эта величина зависит от того, как была образована черная дыра, а не только от трех классических атрибутов, она нарушает уникальность черной дыры.

Эта величина представляет собой "гравитационные волосы" и потенциально может быть измерена существующими и будущими обсерваториями гравитационных волн, такими как LIGO и LISA. Структура этих новых волос следует за развитием подобной величины, которую обнаружили Анджелопулос, Аретакис и Гаича в контексте более простой "игрушечной" модели, которая использует скалярное поле и сферические черные дыры, и распространяет ее на гравитационные возмущения вращающейся черной дыры.

"Этот новый результат является удивительным, - говорит Бурко - потому, что теоремы уникальности черных дыр хорошо определены, и, в частности, их распространение на экстремальные черные дыры. Должно быть предположение о том, что условия теорем не удовлетворяются, чтобы объяснить, как эти теоремы не применяются в данном случае".

Новости по подобной теме:

		В нашей галактике найдена самая массивная черная дыра звездной массы
		Астрономы обнаружили крошечную черную дыру, неоднократно пробивающую газовый диск более крупной черной дыры
		Сверхмассивные черные дыры ненадолго просыпаются из глубокого сна благодаря измельченным ими звездам

Действительно, команда продолжила предварительную работу Аретакиса, которая обнаружила, что, хотя внешние возмущения экстремальных черных дыр распадаются, как это происходит и для обычных черных дыр, вдоль горизонта событий определенные поля возмущений развиваются во времени бесконечно.

"Теоремы с уникальностью предусматривают независимость от времени. Но феномен Аретакиса явно нарушает независимость от времени вдоль горизонта событий. Это лазейка, через которую волосы могут выскакивать и быть расчесы на большом расстоянии обсерваторией гравитационных волн", - сказал Бурко.

В отличие от других работ, которые обнаружили волосы в скаляризации черных дыр, Бурко отметил, что "в этой работе мы работали с теорией вакуума Эйнштейна, без дополнительных динамических полей, которые модифицируют теорию и которые могут нарушить Принцип сильной эквивалентности".

Команда использовала очень интенсивные числовые моделирования для получения своих результатов. Моделирования проводились с использованием десятков параллельно подключенных графических процессоров высокого класса Nvidia с более 5000 ядер в каждом. "Каждый из этих графических процессоров может выполнять до 7 триллионов вычислений в секунду, однако, даже при такой вычислительной мощности, моделирование выглядит, как на многие недели", - сказал Ханна.

Учитывая прорывной характер этой работы, она только что была опубликована в одном из лучших рецензируемых журналов по физике "Physical Review D" как высокостатусная статья. Статья доступна также онлайн.

Исследование частично финансировали Национальный научный фонд и Управление морских исследований США. Для исследовательской работы были использованы вычислительные ресурсы Центра научных вычислений и визуализации Массачусетского университета в Дартмуте.

Читайте еще интересные новости о космосе.

• Черные дыры