Ученые: черные дыры способны «отращивать волосы», но потом все равно «лысеют»
Ученые до сих пор не могут сказать ничего точного, по поводу происхождения черных дыр. Так, например, в 1960-х было объявлено, что черные дыры «не имеют волос». Под этим исследователи подразумевали, что у черных дыр практически нет отличительных характеристик, которые позволили бы отличить одну черную дыру от другой.
Теперь, новые расчеты предполагают, что некоторые черные дыры таки могут отрастить волосы, но они не могут держать их долго. Согласно новой научной работе, черные дыры, которые вращаются на грани максимальных величин вращения, показывают некоторые уникальные свойства. Однако же эти свойства не сохраняются долго и после черная дыра становится опять становится «лысой» и неотличимой от других в своем роде.
«Это временное поведение — невероятно интересная находка», — сообщил автор исследования Лиор Бурко, физик из Theiss Research в Калифорнии.
Метафора с волосами черной дыры пришла из математики. Первыми ее озвучили физики Якоб Бекенштейн и Джоном Уилером в 1960-х и начале 1970-х годов. Исследователи утверждали, что согласно общей теории относительности Эйнштейна, черные дыры могут быть описаны только тремя наблюдаемыми параметрами: их массой, их угловым моментом и их электрическим зарядом. Все остальное, вся другая информация, находится внутри гравитационного притяжения черной дыры и поэтому ее невозможно наблюдать.
С тех пор теоретики охотятся за тем, что может отличить черные дыры друг от друга. Если бы ученые смогли что-то найти, это помогло бы получить новые данные о происхождении тех или иных черных дыр. Например, несмотря на то, что многие черные дыры считаются остатками коллапсирующих звезд, некоторые, возможно, образовались сразу после Большого взрыва, сливаясь из аномально плотных областей из самой ранней универсальной ткани. Одна из этих изначальных черных дыр была бы неотличима от звездной черной дыры, если бы они имели одинаковую массу, момент импульса и электрический заряд.
В 2018 году группа исследователей во главе с физиком Деяном Гаджиком из Кембриджского университета обнаружила, что ранние черные дыры, обладающие максимально возможным электрическим зарядом, обладают уникальными свойствами, которые могут отличать объекты друг от друга. Эти свойства включают в себя измеряемые изменения горизонта событий черной дыры (точки, в которой сила гравитации настолько сильна, что свет не может уйти), и горизонта Коши (точки, в которой нарушается причинно-следственная связь между прошлым и будущим из-за изгибающих эффектов сильного гравитационного поля).
Бурко и его коллеги интересовались, могут ли уникальные свойства сохраняться в черных дырах. Исследователи создали математику для двух видов черных дыр. Первая — это почти экстремальная черная дыра Рейсснера-Нордстрема, тип черной дыры, которая имеет почти максимально возможный электрический заряд, но не вращается. Вторая, почти экстремальная черная дыра Керра, которая представляет собой тип черной дыры, которая вращается с почти максимальным вращением, но не имеет электрического заряда.
В обеих этих почти экстремальных черных дырах исследователи нашли признаки «волос» — но, на какое-то время. Исследователи сообщили об этом 15 ноября в журнале Physical Review Research. Оказалось, что уникальные свойства почти экстремальных черных дыр измеримы при появлении моделируемой черной дыры, но со временем квадратичная функция времени уменьшается. Это означает, что сначала значения быстро уменьшаются, а затем продолжают уменьшаться с течением времени. При этом исследовательская группа не рассчитала, как быстро это произойдет в режиме реального времени, которое будет различаться в зависимости от массы, вращения и заряда данной черной дыры.
