Исследование черной дыры ставит под сомнение предположения Керра

Фото из открытых источников

Черные дыры продолжают пленять ученых: это чисто гравитационные объекты, удивительно простые, но способные скрывать тайны, которые бросают вызов нашему пониманию законов природы. Большинство наблюдений до сих пор были сосредоточены на их внешних характеристиках и окружающей среде, оставляя их внутреннюю природу в значительной степени неизученной.

Новое исследование, проведенное в рамках сотрудничества между Университетом Южной Дании, Карловым университетом в Праге, Высшей международной школой передовых исследований (SISSA) в Триесте и Университетом Виктории в Веллингтоне в Новой Зеландии и опубликованное в журнале Physical Review Letters, рассматривает общий аспект самой внутренней области различных моделей пространства-времени, описывающих черные дыры, и предполагает, что наше понимание этих загадочных объектов может потребовать дальнейшего изучения.

По словам автора-корреспондента, постдокторанта Рауля Карбальо-Рубио из исследовательского центра CP3-Origins при Университете Южной Дании, ключевой вывод этого исследования заключается в том, что «внутренняя динамика черных дыр, которая остается в значительной степени неизученной, может радикально изменить наше понимание этих объектов, даже с внешней точки зрения».

Решение Керра для уравнений общей теории относительности является наиболее точным представлением вращающихся черных дыр, наблюдаемых в гравитационной астрофизике. Оно изображает черную дыру как водоворот в пространстве-времени, характеризующийся двумя горизонтами: внешним, за пределами которого ничто не может избежать ее гравитационного притяжения, и внутренним, который охватывает кольцевую сингулярность, область, где пространство-время, каким мы его знаем, перестает существовать. Эта модель хорошо согласуется с наблюдениями, поскольку отклонения от теории Эйнштейна за пределами черной дыры регулируются новыми физическими параметрами, которые управляют размером ядра и, как ожидается, будут довольно малыми.

Однако недавнее исследование, проведенное международной группой, выявило критически важную проблему, касающуюся внутренней части этих объектов: хотя было известно, что статический внутренний горизонт характеризуется бесконечным накоплением энергии, исследование показывает, что даже более реалистичные динамические черные дыры подвержены значительной нестабильности в относительно коротких временных масштабах. Эта нестабильность обусловлена накоплением энергии, которая экспоненциально растет со временем, пока не достигнет конечного, но чрезвычайно большого значения, способного существенно повлиять на общую геометрию черной дыры и, таким образом, изменить ее.

Конечный результат этого динамического процесса пока неясен, но исследование предполагает, что черная дыра не может стабилизироваться в геометрии Керра, по крайней мере, в течение длительных временных масштабов, хотя скорость и величина отклонений от пространства-времени Керра продолжают изучаться.

«Этот результат предполагает, что решение Керра — вопреки предыдущим предположениям — не может точно описывать наблюдаемые черные дыры, по крайней мере, в типичных временных масштабах их существования», - объясняет соавтор исследования профессор Стефано Либерати.

Понимание роли этой нестабильности, таким образом, необходимо для уточнения теоретических моделей внутренней части черных дыр и их связи с общей структурой этих объектов. В этом смысле это может обеспечить недостающее звено между теоретическими моделями и потенциальными наблюдениями физики за пределами общей теории относительности. В конечном счете, эти результаты открывают новые перспективы для изучения черных дыр, предлагая возможность углубить наше понимание их внутренней природы и динамического поведения.