По мнению международной группы физиков, в расширяющейся Вселенной не исключено наличие пар черных дыр, находящихся в статическом состоянии и удерживаемых в равновесии за счет «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.
Согласно общепринятым теориям, описывающим черные дыры, они формируются на Общей теории относительности Согласно теории Альберта Эйнштейна, эти объекты способны формировать неподвижные или вращающиеся пары. Однако, со временем, под воздействием гравитации они начнут сближаться и, в конечном итоге, объединятся, что должно привести к 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 Хаббл доказал, что Вселенная расширяется. Спустя еще несколько десятилетий другие астрофизики обнаружили, что расширение происходит с ускорением. Чтобы объяснить это явление, в математическую модель Вселенной ученые ввели «космологическую постоянную» — 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 составляет 68,3% от общей массы-энергии наблюдаемой Вселенной приходится на темную энергию. Остальные 26,8% составляют темная материя, а 4,9% – обычная материя. Следует отметить, что ученые до сих пор не имеют четкого представления о природе темной энергии — более того, существуют гипотеза, предлагающая альтернативное 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» гравитационные волны от двух сливающихся черных дыр. Это событие получило обозначение GW150914 и показало, что некоторые черные дыры действительно могут образовывать пары и сливаться. В таких системах объекты движутся по спирали в направлении друг к другу и в определенный момент гравитация берет верх — черные дыры сталкиваются, в результате огромное количество энергии высвобождается 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).
Используя числовые методы и сложные математические модели, ученые установили, что теоретически две неподвижные черные дыры могут находиться в состоянии равновесия. В этом случае гравитационное притяжение уравновешивается расширением пространства-времени между ними. Даже при увеличении скорости расширения черные дыры остаются на определенном расстоянии. Гравитация компенсирует любые попытки расширения «разорвать» их. Результаты 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.