Новая теория чёрных дыр исключает необходимость сингулярности

Ученые из Барселонского университета представили описание формирования чёрных дыр, исключающее наличие сингулярностей, используя исключительно гравитационные эффекты. Это открытие способно существенным образом расширить наши представления о квантовой гравитации и строении пространства-времени.

В классических моделях чёрных дыр, предложенных в рамках общей теории относительности Альберта Эйнштейна, присутствуют так называемые сингулярности. Решение проблемы сингулярностей в условиях квантовой гравитации считается одной из ключевых задач в теоретической физике.

Исследовательская группа из Института космических наук Барселонского университета (ICCUB) впервые предложила модель регулярных чёрных дыр, основанную только на гравитационных эффектах, без применения экзотической материи, которая фигурировала в ряде предыдущих теорий.

Экзотическая материя представляет собой гипотетическую субстанцию с уникальными свойствами, отсутствующими в обычных материалах. Она может обладать отрицательной плотностью энергии и создавать гравитационные эффекты, противоположные обыкновенным. Экзотическая материя на данный момент лишь концептуальная и ещё не была обнаружена в природе, однако ею пользуются в моделях для изучения таких явлений, как кротовые норы и сверхсветовое перемещение, а также для решения проблемы сингулярностей чёрных дыр.

Новое исследование доказало, что бесконечная серия гравитационных поправок высшего порядка способна устранить сингулярности, позволяя возникнуть так называемым «регулярным» чёрным дырам. В отличие от более ранних теорий, не предусматривающих возможность формирования чёрных дыр без экзотической материи, это исследование показывает, что чистая гравитация, исключая дополнительные материи, может создавать чёрные дыры без сингулярностей.

«Прекрасное в нашем подходе то, что он базируется исключительно на модификациях уравнений Эйнштейна, естественно предсказываемых квантовой теорией гравитации, без необходимости в дополнительных компонентах», – объясняет исследователь Пабло А. Кано из Департамента квантовой физики и астрофизики факультета физики и ICCUB.

Созданные ICCUB теории применимы к многомерным пространствам, начиная с пятимерного. «Мы рассматриваем более многомерные пространства в основном с технической точки зрения, так как это упрощает математическую сложность изучаемой проблемы», – поясняет Кано. Тем не менее, ученые утверждают, что аналогичные заключения применимы и к четырёхмерному пространству-времени.

Роби Хенниган из UB и ICCUB добавляет: «Большинство ученых убеждены, что сингулярности в рамках общей теории относительности рано или поздно должны быть устранены, хотя мы пока не до конца понимаем, каким образом это возможно. Наша работа предоставляет надёжный метод для достижения этой цели, даже если возникают некоторые предположения о симметрии».

Работа также охватывает термодинамические характеристики чёрных дыр и показывает их соответствие первому закону термодинамики. Разработанные теории создают прочный фундамент для изучения термодинамики чёрных дыр с учетом универсальных и ясных принципов.

Исследовательская команда планирует расширить своё изучение на четырёхмерное пространство-время и изучить последствия их открытий в различных астрофизических условиях. Она также намерена оценить стабильность и возможные наблюдаемые свойства регулярных чёрных дыр.

«Эти теории не только предсказывают существование чёрных дыр без сингулярностей, но и проливают свет на процессы их формирования и дальнейшую судьбу материи, попадающей в чёрную дыру. Мы уже ведём работу над этими вопросами и надеемся на получение по-настоящему захватывающих результатов», – заключает Кано.

Источник: iXBT