Черные дыры известны своим стремлением поглощать материю и объединяться с другими дырами. Но что, если однажды такой космический гигант решит разделиться? Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail
Черные дыры обычно действуют по одному сценарию: поглощают окружающую материю и, встречаясь с другими, стремятся объединиться в более массивный объект. Однако физики исследовали необычный сценарий — разделение одной черной дыры на две меньшие. Выяснилось, что при определенных обстоятельствах такой вариант не следует полностью исключать.
Исследование с интригующим названием «Черные дыры как пара штанов» опубликовано в журнале Physical Review D. Авторы работы проанализировали физические ограничения, мешающие черным дырам распадаться, и выяснили, при каких условиях эти препятствия могут ослабнуть.
Одним из главных препятствий является энтропия — физическая величина, отражающая количество возможных микроскопических состояний системы. Для невращающейся черной дыры разделение на два меньших объекта невыгодно с термодинамической точки зрения: суммарная энтропия при таком процессе уменьшилась бы. Но у быстро вращающихся черных дыр ситуация более сложная.
Штаны как модель горизонта событий
Расчеты исследователей указывают на возможную лазейку: черная дыра, вращающаяся с очень высокой скоростью, теоретически может разделиться на два объекта. Однако есть важное условие: образовавшиеся черные дыры должны разлететься в разные стороны, а не притянуться обратно и снова соединиться.
Если учитывать это требование, допустимые условия значительно сужаются. Наиболее вероятным кандидатом в рамках модели является черная дыра, вращающаяся с максимально возможной скоростью.
Если разделение произойдет, горизонт событий — граница, за которой ничто не может выбраться наружу, — будет выглядеть в пространственно-временном континууме как пара брюк: единая верхняя часть постепенно превращается в две отдельные «штанины». Отсюда и выражение в названии работы pair-of-pants topologies — топологии, напоминающие брюки.
Маленькие черные дыры перспективнее гигантов
Ученые также исследовали более экзотические варианты, связанные с теориями, в которых пространство имеет дополнительные измерения. В некоторых моделях объекты, напоминающие черные дыры, могут становиться нестабильными и начинать распадаться. При определенных условиях разделение может оказаться выгодным с точки зрения энтропии, особенно если один из образовавшихся объектов значительно легче другого.
Тем не менее, это не означает, что распад действительно произойдет. Авторы пока не могут определить вероятность такого события: она зависит в том числе от того, как гравитация функционирует за пределами теории Эйнштейна.
По мнению исследователей, небольшие первичные черные дыры, которые могли возникнуть в ранней Вселенной, могут быть более склонны к разделению, чем крупные астрофизические объекты более поздних эпох. С точки зрения фундаментальной физики это объяснимо — чем меньше радиус вращающегося объекта, тем большую угловую скорость он теоретически может достичь. При этом линейная скорость условной точки на поверхности вращающегося тела все равно не может превышать скорость света.
Косвенно проверить данную гипотезу помогут наблюдения: гамма-телескопы, в частности Fermi-LAT, могут искать сигналы от малюсеньких фрагментов черных дыр, которые потенциально могут возникать при таких «дележках».
Пока речь идет о теоретическом варианте, а не об установлении нового космического феномена. Но исследование демонстрирует, что даже у объектов, которые кажутся воплощением гравитационной неотвратимости, могут возникать неожиданные варианты поведения.
Фото: hi-tech.mail.ru