Ученые обнаружили, что черные дыры способны образовывать пары, находясь на большом удалении и избегая столкновения

Новости МирТесен

Группа международных физиков признала вероятность существования в расширяющейся Вселенной черных дыр, образующих статические пары. Эти образования могут поддерживаться в состоянии равновесия благодаря так называемой «космологической постоянной».

Черные дыры представляют собой объекты с настолько мощной гравитацией, что они искривляют пространство-время. В результате ничто, даже свет, не способно вырваться из черной дыры: все, что в нее попадает, остается там навсегда.

В соответствии с общепринятыми взглядами на черные дыры, которые базируются на Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, такие объекты способны формировать неподвижные или вращающиеся пары. Однако со временем под воздействием гравитации они будут притягиваться друг к другу и в конечном итоге объединиться, что должно привести к образованию гравитационные волны.

До конца 20-х годов прошлого века среди ученых преобладало убеждение в статичности и вечности Вселенной. Соответственно, предсказанное общей теорией относительности поведение черных дыр считалось типичным для неподвижной системы.

Однако в 1929 году американский астроном Эдвин ХабблОднако позже Э́двiн Ха́ббл продемонстрировал расширение Вселенной. Через несколько десятилетий астрофизики зафиксировали ускоренное расширение, что потребовало введения «космологической постоянной» в математическую модель космоса — темную энергию. Данная концепция описывает гипотетическую форму энергии, которая распределена по всему пространству и демонстрирует антигравитационные свойства, то есть создает эффект отталкивания, а не притяжения массивных объектов.

Согласно данным, полученным космической обсерваторией «Планк» в 2013 году, темная энергия составляетСогласно современным оценкам, темная энергия составляет приблизительно 68,3 процента от общей энергии наблюдаемой Вселенной. Остальные компоненты включают в себя темную материю (26,8 процента) и обычную материю (4,9 процента). Важно подчеркнуть, что понимание природы темной энергии остается неполным — гипотеза, существуют альтернативные гипотезы, предлагающие объяснение расширения Вселенной без привлечения концепции темной энергии.

Анализ влияния темной энергии свидетельствует о том, что черные дыры располагаются в постоянно расширяющемся пространстве-времени. Возникает вопрос: может ли это означать, что системы, состоящие из двух черных дыр, способны существовать в равновесии, то есть может ли расширение Вселенной в теории предотвратить сближение таких пар и избежать их столкновения?

В 2016 году лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO впервые в истории «поймала» — это гравитационные волны, возникшие при слиянии двух черных дыр. Данное событие получило название » GW150914исследования продемонстрировали, что некоторые черные дыры способны формировать пары и впоследствии объединяться. В подобных конфигурациях объекты движутся по спиральным траекториям, приближаясь друг к другу, пока гравитационное взаимодействие не станет доминирующим – в этот момент происходит столкновение черных дыр, сопровождаемое высвобождением колоссального количества энергии в виде гравитационных волн.

LIGO зарегистрировала сигнал от вращающихся парных черных дыр, а что на счет гипотетических статичных, могут ли они остаться в равновесии и никогда не столкнуться? Именно таким вопросом задалась группа физиков из Саутгемптонского и Кембриджского университетов (оба находятся в Великобритании), а также Барселонского университета (Испания).

Применяя численные методы и используя сложные математические модели, исследователи пришли к выводу, что теоретически две неподвижные (не вращающиеся) черные дыры могут находиться в состоянии равновесия, когда гравитационное притяжение уравновешивается расширением пространства-времени между ними. Даже при значительном ускорении этого расширения, черные дыры остаются на определенном расстоянии друг от друга, поскольку гравитация компенсирует тенденцию к разделению. О результатах работы опубликованы в Physical Review Letters.

«Наблюдателю две неподвижные черные дыры, вероятно, покажутся единым объектом. Обнаружить такую структуру будет непросто, а тем более установить, представляет ли она собой систему из двух дыр или один объект», — объяснил один из авторов исследования Оскар Диас.

По мнению исследователей, их подход также может быть использован при изучении вращающихся черных дыр ( «черные дыры Керра»), и даже к сложным системам, включающим три и четыре черные дыры.