Многие физики, исходя из общей теории относительности, считают, что центр черной дыры представляет собой сингулярность — область пространства-времени, где формально сосредоточена вся масса объекта. Она окружена горизонтом событий, делающим внутреннюю часть космического «монстра» недоступной для наблюдений. Можно ли исключить эти компоненты из уравнения? Авторы нового исследования сделали именно это, предложив альтернативные модели черных дыр без сингулярности и в некоторых случаях — без горизонта событий.
Классическая модель черных дыр, которая предполагает существование сингулярности в их центрах, основывается на… решении Уравнения Эйнштейна, предложенные в 1916 году немецким физиком и астрономом Карлом Шварцшильдом, описывают черную дыру без электрического заряда и углового момента, то есть не вращающуюся. Проблема заключается в том, что из-за сингулярности невозможно отследить эволюцию материи, попавшей внутрь. Это говорит о недостатках стандартной интерпретации общей теории относительности, которая разрушается в таких экстремальных условиях.
Некоторые ученые полагают, что физически допустимая теория гравитации должна избавляться от сингулярностей, заменяя их конечными структурами, например областью высокой, но ограниченной плотности, или переходом в другой участок пространства-времени. В некоторых моделях горизонт событий можно заменить временным регионом или полностью устранить его.
В ноябре 2024 года в Институте фундаментальной физики Вселенной, расположенном в Италии. состоялась Международная группа учёных провела конференцию, посвященную альтернативным моделям чёрных дыр. В результате исследования группой был подготовлен обзор, в котором систематизированы современные подходы и выделены два ключевых класса объектов: регулярные чёрные дыры и имитаторы чёрных дыр.
Регулярные черные дыры сохраняют внешние характеристики классических объектов, такие как горизонт событий, но вместо сингулярности в центре могут иметь ядро с конечной плотностью или структуру, напоминающую червоточину. Горизонт событий при этом может быть нестабильным или временным.
Имитаторы лишены горизонта событий и сингулярностей, являясь ультракомпактными и устойчивыми объектами в астрофизике, такими как гипотетические. гравастары Или проницаемые червоточины. По внешнему виду могут напоминать черные дыры, но различаются устройством внутри.
Несмотря на привлекательность альтернативных моделей, экспериментальное подтверждение — невероятно сложная задача. Современные данные, включая «фотографии» сверхмассивных черных дыр и сигналы гравитационных волн, пока не дают возможности надежно отличить классические черные дыры от теоретических аналогов.
Авторы статьи считают возможным это сделать, отслеживая эхосигналы в гравитационных волнах, возникающих при слиянии компактных объектов, и анализируя излучение падающего вещества — включая нестандартные всплески, временные задержки и изменения в поляризации света. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, представлен на сервере препринтов Корнеллского университета.
Полученные результаты нельзя считать готовой теорией, но как направление для будущих исследований они вполне подходят: регулярные черные дыры и имитаторы — это не просто математические альтернативы, а попытка переосмыслить природу пространства, времени и материи в условиях экстремальной гравитации. Такие конструкции, по мнению физиков, могут сыграть важную роль в построении полной теории квантовой гравитации.
Есть физические теории, которые убирают сингулярность в черных дырах, не избавляясь от горизонта событий. Таковой, например, является модель черных дыр… работах физика Николая Горькавого.