У быстро вращающихся черных дыр могут возникнуть «волосы»

Общая теория относительности — чрезвычайно сложная математическая теория, но ее описание черных дыр удивительно простое. Стабильная черная дыра может быть описана всего тремя свойствами: ее массой, ее электрическим зарядом и ее вращением или спином.

Поскольку черные дыры вряд ли будут иметь большой заряд, на самом деле для этого нужны всего два свойства. Если вы знаете массу и вращение черной дыры, вы знаете все, что нужно знать о черной дыре.

Это свойство часто резюмируется теоремой об отсутствии волос. В частности, теорема утверждает, что после того, как вещество попадает в черную дыру, единственной характеристикой, которая остается, является масса.

Вы могли бы сделать черную дыру из водорода на Солнце, стульев или журналов National Geographic, и не было бы никакой разницы. С точки зрения общей теории относительности масса есть масса. В любом случае горизонт событий черной дыры совершенно гладкий, без каких-либо дополнительных особенностей.

Как сказал Якоб Бекенштейн, у черных дыр нет волос.

Но при всей своей предсказательной способности общая теория относительности имеет проблемы с квантовой теорией. Это особенно верно в отношении черных дыр. Если теорема об отсутствии волос верна, информация, содержащаяся в объекте, уничтожается, когда он пересекает горизонт событий.

Квантовая теория утверждает, что информацию невозможно уничтожить. Итак, действительная теория гравитации противоречит действующей теории квантов. Это приводит к таким проблемам, как парадокс межсетевого экрана, когда невозможно решить, должен ли горизонт событий быть горячим или холодным.

Было предложено несколько теорий для разрешения этого противоречия, часто включающих расширения теории относительности. Но разницу между стандартной теорией относительности и этими модифицированными теориями можно увидеть только в экстремальных ситуациях, что затрудняет их изучение с помощью наблюдений. Но новая статья в Physical Review Letters показывает, как они могут быть изучены через вращение черной дыры.

Многие модифицированные теории относительности имеют дополнительный параметр, которого нет в стандартной теории. Известное как безмассовое скалярное поле, оно позволяет модели Эйнштейна связываться с квантовой теорией таким образом, чтобы не возникали противоречия.

В новой работе ученые изучили, как такое скалярное поле связано с вращением черной дыры. Они обнаружили, что при медленном вращении черная дыра неотличима от стандартной модели, но при быстром вращении скалярное поле позволяет черной дыре иметь дополнительные особенности.

Другими словами, в этих альтернативных моделях быстро вращающиеся черные дыры могут иметь волосы.

Как указывают авторы, будущие обсерватории по поиску гравитационных волн должны иметь возможность использовать быстро вращающиеся черные дыры, чтобы определить, действительна ли альтернатива общей теории относительности.

Общая теория относительности Эйнштейна до сих пор справлялась со всеми проблемами наблюдений, но она потерпит неудачу в самых экстремальных условиях Вселенной.

Статья опубликована Universe Today