Новое исследование, проведённое международной группой ученых из Университета Южной Дании, Карлова университета в Праге, Высшей международной школы передовых исследований (SISSA) в Триесте и Университета Виктории в Веллингтоне в Новой Зеландии, проливает свет на внутреннюю динамику чёрных дыр, которая до сих пор оставалась в значительной степени неизученной. Результаты исследования, опубликованные в журнале Physical Review Letters, могут радикально изменить понимание этих объектов.

Чёрные дыры продолжают пленять учёных, а большинство наблюдений до сих пор были сосредоточены на внешних характеристиках чёрных дыр и их окружающей среде, оставляя их внутреннюю природу неисследованной.

Источник: DALL-E

Решение Керра для уравнений общей теории относительности является наиболее точным представлением вращающихся чёрных дыр, наблюдаемых в гравитационной астрофизике. Оно описывает чёрную дыру как водоворот в пространстве-времени, характеризующийся двумя горизонтами: внешним, за пределами которого ничто не может избежать её гравитационного притяжения, и внутренним, который охватывает сингулярность — область, где пространство-время, каким мы его знаем, перестаёт существовать.

Однако новое исследование выявило важный аспект, касающийся внутренней части этих объектов. Хотя было известно, что статический внутренний горизонт характеризуется бесконечным накоплением энергии, исследование показывает, что даже более реалистичные динамические чёрные дыры подвержены значительной нестабильности в относительно коротких временных масштабах. Эта нестабильность обусловлена накоплением энергии, которая экспоненциально растёт со временем, пока не достигнет конечного, но чрезвычайно большого значения, способного существенно повлиять на общую геометрию чёрной дыры и, таким образом, изменить её.

Левое изображение показывает конкретный сценарий для массы сферического объекта в динамическом пространстве-времени с определёнными параметрами. Правое изображение отображает массу внутри расширяющейся оболочки для двух разных случаев: один с постоянной массой (зелёная линия) и другой с колеблющейся массой (фиолетовая линия).
Источник: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.181402

По словам Рауля Карбальо-Рубио из исследовательского центра CP3-Origins при Университете Южной Дании и автора исследования, «внутренняя динамика чёрных дыр, которая остаётся в значительной степени неизученной, может радикально изменить наше понимание этих объектов, даже с внешней точки зрения».

Стефано Либерати, профессор SISSA и один из авторов исследования, объясняет: «Этот результат предполагает, что решение Керра — вопреки предыдущим предположениям — не может точно описывать наблюдаемые чёрные дыры, по крайней мере, в типичных временных масштабах их существования».

Понимание роли этой нестабильности необходимо для уточнения теоретических моделей внутренней части чёрных дыр и их связи с общей структурой этих объектов. В этом смысле это может обеспечить недостающее звено между теоретическими моделями и потенциальными наблюдениями физики за пределами общей теории относительности. Результаты открывают новые перспективы для изучения чёрных дыр, предлагая возможность углубить понимание их внутренней природы и динамического поведения.