Черные дыры, одни из самых загадочных объектов во Вселенной, могут оказаться не такими уж необычными. В новом исследовании, опубликованном в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, предложены альтернативные модели черных дыр, в которых отсутствуют сингулярности — загадочные точки, где законы физики перестают действовать. Исследователи из Института фундаментальной физики Вселенной (IFPU) в Триесте рассказали, каким образом квантовые эффекты способны «исцелить» черные дыры и даже помочь в создании теории квантовой гравитации.
Когда в 1915 году Альберт Эйнштейн представил свою общую теорию относительности (ОТО), она предсказала существование черных дыр — объектов с такой мощной гравитацией, что даже свет не может их покинуть. Уже в 1916 году Карл Шварцшильд нашел математическое решение уравнений Эйнштейна, которое указывало на особенность: в центре черной дыры находится сингулярность — точка бесконечной плотности, где законы физики становятся неработоспособными.
Эта сингулярность стала сложной задачей для ученых. Если она существует в действительности, а не является математической аберрацией, это говорит о том, что ОТО не справляется с экстремальными условиями. «Здесь обитают львы», — шутит Стефано Либерати, один из авторов исследования и директор IFPU, упоминая неизведанную зону внутри черных дыр.
С 1970-х годов доказательства существования черных дыр стали более убедительными. В 2015 году ученые впервые зарегистрировали гравитационные волны от слияния двух черных дыр, а в 2019 и 2022 годах телескоп горизонта событий (EHT) показал миру изображения «теней» черных дыр M87* и Стрельца A*. Однако ни одно из этих открытий не открыло, что скрывается в их сердцевине.
Сингулярность находится за «горизонтом событий» — невидимой границей, за которой начинается неизвестность. Это неприемлемо для науки, и исследователи годами искали методы решения этой проблемы.
В своей статье ученые рассмотрели три модели черных дыр:
- Классическая черная дыра (по ОТО): обладает сингулярностью в центре и горизонтом событий.
- Обычная черная дыра: сохраняет горизонт событий, но благодаря квантовым эффектам избавляется от сингулярности.
- Имитатор черной дыры: снаружи аналогичен черной дыре, но не имеет ни сингулярности, ни горизонта событий.
Эти альтернативные модели показывают, что квантовые эффекты могут устранить сингулярность, делая понимание черных дыр более логичным. Исследование родилось из дискуссий ведущих экспертов на специализированном семинаре в IFPU. «Это не просто обзор, а плод активного обмена идеями, где даже опытные исследователи пересматривали свои позиции», — делится Либерати.
Наблюдения пока не могут проникнуть внутрь черных дыр, но есть надежда. Обычные черные дыры и имитаторы немного отличаются от классических даже за пределами горизонта событий. Например:
- Телескоп горизонта событий может обнаружить необычные детали в световых кольцах вокруг имитаторов;
- Гравитационные волны от слияния таких объектов могут выявить аномалии, не соответствующие ОТО;
- Тепловое излучение от поверхности имитаторов (без горизонта) может стать важной подсказкой.
Необходимы более точные инструменты и новые методы наблюдений. Ученые ожидают прогресса в теоретических расчетах и численных моделированиях, которые помогут определить, какие именно аномалии следует искать.
Изучение альтернативных моделей черных дыр — это не только попытка раскрыть их сущность, но и ключ к созданию теории квантовой гравитации. Эта теория объединит ОТО, описывающую космос на больших масштабах, с квантовой механикой, которая господствует в мире частиц. Это одна из величайших задач современной физики.
«Мы находимся на пороге невероятной эпохи. Впереди огромная неизведанная область, и новые открытия уже не за горами», — отметил Либерати.
Источник: iXBT
