Черная дыра может "выплюнуть" саму себя: что образуется на ее месте

Черные дыры считают одними из самых стабильных и загадочных объектов во Вселенной. Однако новое теоретическое исследование показало, что при определенных условиях даже такая система может оказаться нестабильной и изменить свою структуру.

Об этом пишет ScienceAlert.

Физики из Университета Авейру в Португалии — Жозе Феррейра, Карлос Эрдерой, Эуген Раду и Мигель Зиляу — с помощью моделирования исследовали так называемые «волосатые» черные дыры. Они пришли к выводу, что такая система может иметь не менее двух разных путей развития.

Что такое «волосатая» черная дыра

Согласно стандартной общей теории относительности, черные дыры можно описывать небольшим количеством параметров, в частности массой и вращением. Но математические модели допускают существование дополнительных свойств, которые условно называют «волосами» черной дыры.

В одном из исследованных физиками вариантов эти «волосы» представляет собой скалярное поле — невидимую пронизывающую пространство среду. В терминах физики частиц его можно описывать как совокупность частиц без спина.

В определенных условиях скалярное поле способно сформировать плотную структуру вокруг черной дыры. Она не просто существует рядом с ней, а составляет значительную часть всей системы и создает собственное мощное гравитационное поле.

Почему черная дыра не поглощает свои «волосы»

На первый взгляд, такое поле должно просто упасть за горизонт событий. Однако в смоделированной системе работает особый резонансный механизм, позволяющий скалярному полю и горизонту черной дыры оставаться в определенном равновесии.

Первоначальные модели создавались в условиях сферической симметрии. Это значит, что система должна вести себя одинаково по всем направлениям, что значительно упрощало расчеты, но не позволяло ей стать асимметричной.

Когда исследователи позволили системе развиваться неравномерно по разным направлениям, они обнаружили нестабильность. Именно она и стала ключом к необычному сценарию, который физики назвали fission, то есть разделением.

Черная дыра может «выплюнуть» себя

Ученые рассмотрели два возможных варианта развития нестабильности. Первый они назвали поглощением: равновесие разрушается, черная дыра поглощает окружающее скалярное поле, а в результате остается обычная черная дыра без «волос».

Второе возможное развитие событий оказалось гораздо более странным. Система, состоящая из черной дыры и скалярного поля, может разделиться на два самостоятельных объекта.

«В сценарии, который мы называем „разделением“, ни черная дыра, ни окружающая скалярная структура не уничтожаются. Составной объект разделяется на два независимо жизнеспособных объекта: черную дыру без „волос“ и самогравитирующий комок скалярной материи — бозонную звезду», — пояснили исследователи.

В смоделированном процессе достаточно даже небольшого возмущения, чтобы черная дыра сместилась от центра скалярной структуры. После этого она уже не возвращается в исходное состояние, а постепенно удаляется, пока буквально не выходит наружу.

Скалярное поле при этом не распадается и продолжает существовать раздельно в виде бозонной звезды. Сама черная дыра остается, но теряет свои «волосы».

Что такое бозонная звезда

Бозонная звезда — гипотетический космический объект, который пока не удалось обнаружить. В отличие от обычных звезд, такая структура могла бы состоять из бозонного поля и существовать без поверхности и горизонта событий.

Именно поэтому исследователи рассматривают систему как два объекта, которые могут быть связаны между собой, но при определенных условиях способны существовать независимо.

От того, насколько компактны скалярные «волосы», зависит вероятный результат. Более плотные конфигурации больше подвержены поглощению, в то время как менее компактные легче переходят в процесс разделения.

Действительно ли черные дыры могут так себя вести

Пока что говорить о реальном «выплевывании» черных дыр рано. Авторы исследования подчеркивают, что их модель является прежде всего теоретической и не описывает непосредственно типичные астрофизические черные дыры.

Проблема, в частности, состоит в том, что предложенный механизм зависит от обычного электрического заряда. Ученые считают, что реальные астрофизические черные дыры должны иметь очень малый суммарный заряд.

Потому исследователи не говорят, что смоделированные ими системы уже есть в космосе. Они предполагают, что обнаруженный механизм может быть проявлением более широкого явления, которое в будущем удастся описать и в более реалистичных моделях.

Одним из направлений дальнейших исследований станет проверка того, способно ли вращение черной дыры играть роль, подобную электрическому заряду, в других моделях «волосатых» черных дыр.

Этот процесс можно было бы услышать

Если подобная нестабильность окажется возможной для реальных астрофизических систем, она могла бы оставлять характерный след в виде гравитационных волн.

Ученые ожидают, что такое деление должно порождать сигнал, отличающийся от волн, возникающих во время слияния двух черных дыр. Однако определить точную форму такого сигнала и выяснить, смогут ли современные детекторы его зарегистрировать, еще предстоит.

Черные дыры и удивительные космические явления — последние новости

Черные дыры все чаще заставляют пересматривать представления о том, как ведут себя самые экстремальные объекты Вселенной. Недавно астрономы нашли сверхмассивную черную дыру, превысившую границу Эддингтона — теоретический лимит скорости, с которой черная дыра может поглощать материю.

Еще одна находка касалась центральной черной дыры нашей галактики. Наблюдения за Стрельцом A* показали, что она не уничтожает все звезды вблизи себя, как можно было бы предположить из-за ее колоссального тяготения: некоторые объекты годами сохраняют стабильные орбиты.

А еще физики продолжают искать ответ на вопрос, как вообще рождаются такие объекты. Новая математическая модель объясняет образование черных дыр из-за коллапса кристаллов пространства-времени и допускает сценарий, при котором для появления черной дыры не обязательно нужна гибель массивной звезды.