Ядра черных дыр могут содержать не точки с бесконечной плотностью, как сейчас думают, а порталы, ведущие в другие части Вселенной, говорят физики-теоретики.
Черная дыра обладает таким мощным гравитационным полем, что даже свет не может вырваться наружу. Черная дыра обычно образуется после того, как звезда умирает в титаническом взрыве, известном как сверхновая, которая дробит оставшееся ядро на плотные комки.
Согласно Общей Теории Относительности, современной теории гравитации, в основе каждой черной дыры лежит сводящая с ума загадка, называемая сингулярностью - областью бесконечной плотности. Бесконечная природа сингулярностей означает, что пространство и время, какими мы их знаем, перестают там существовать.
Ученые уже давно ищут способы избежать полного разрушения всех известных законов физики, вызванных сингулярностями. Теперь исследователи предполагают, что центры черных дыр могут вообще не содержать сингулярностей.
Эти новые открытия основаны на петлевой квантовой гравитации, одной из ведущих теорий, стремящихся объединить квантовую механику и общую теорию относительности в единую теорию, которая может объяснить все силы Вселенной. В петлевой квантовой гравитации четыре измерения пространства-времени состоят из сетей пересекающихся петель-пульсаций гравитационного поля.
Исследователи применили петлевую квантовую теорию гравитации к простейшей модели черной дыры — сферическому, незаряженному, невращающемуся телу, известному как черная дыра Шварцшильда.
"Мы рассматривали различные аспекты сферических моделей в течение нескольких лет", - сказал исследователь Хорхе Пуллин, физик-теоретик из Университета штата Луизиана в Батон-Руже. Мы любим их, потому что они находятся на границе того, что возможно в петлевой квантовой гравитации сегодня — немного сложнее, чем космологии, которые изучались в течение последнего десятилетия, но не настолько сложны, чтобы стать трудноразрешимыми. Момент озарения наступил тогда, когда мы поняли, что можем осуществить важное упрощение уравнений модели."
Вместо сингулярности они обнаружили, что центр этой черной дыры содержит только область сильно искривленного пространства-времени.
"Это чистая трактовка того, что происходит внутри черной дыры, с использованием квантовой теории гравитации", - сказал физик-теоретик Карло Ровелли из Экс-Марсельского университета в Марселе, Франция, который не принимал участия в этом исследовании. "Давно ожидалось, что сингулярности в центрах черных дыр излечиваются квантовой гравитацией, и именно этот вывод подтверждает данная работа."
Физики-теоретики ранее показали, что с помощью петлевой квантовой гравитации они могут устранить сингулярность, которая, как предполагали предыдущие исследования, существовала в момент Большого Взрыва. Вместо того, чтобы возникать из точки бесконечной плотности, их работа предполагала, что космос родился из "Большого скачка", расширяющегося наружу после коллапса предыдущей Вселенной.
"Возможно, в будущем можно будет показать, что теория устраняет все сингулярности", - сказал Пуллин.
Подобно тому, как петлевая квантовая гравитация заменила сингулярность при Большом Взрыве мостом в другую вселенную, эти новые открытия заменяют каждую сингулярность в черных дырах "мостом в другую область в будущем нашей Вселенной", сказал Пуллин. Хотя предыдущие исследования также предполагали, что черные дыры содержат такие мосты, исследователи полагали, что сингулярности в черных дырах препятствуют любому способу пересечения этих мостов.
"Я думаю, что это показывает, что петлевая квантовая гравитация очень важна и бурлит, и продолжает производить захватывающие новые результаты и новые идеи", - сказал Ровелли.
Пуллин подчеркнул, что они использовали очень простую модель в этом исследовании, состоящую только из сильно искривленного пространства-времени, не представляя реальную материю, находящуюся внутри реальных черных дыр. Модели для исследования были также точно сферически симметричны, в отличие от многих черных дыр, которые вращаются и, следовательно, различаются по своей поверхности. Наконец, в их модели черная дыра была там всегда и будет там всегда — в действительности черные дыры обычно формируются после коллапса звезд и должны однажды испариться, если у них больше нет материи или энергии, чтобы пожирать.
"Добавление материи и наличие эволюционирующей черной дыры - это то, к чему мы стремимся дальше", - сказал Пуллин.