Новое исследование предлагает альтернативные модели чёрных дыр, потенциально устраняющие концепцию сингулярностей и открывающие новые перспективы в изучении этих космических загадок.
Читайте: Из чего состоит тёмная материя – Исследование подкрепляет гипотезу о «первичных» чёрных дырах
Сингулярность чёрных дыр и физика
Чёрные дыры часто описывают как зоны абсолютного невозврата во Вселенной, где гравитация становится настолько сильной, что даже свет не может их покинуть. Однако ещё более интригующим, чем сами чёрные дыры, является то, что находится в их центре.
Согласно общей теории относительности Эйнштейна (ОТО – фундаментальная теория гравитации, описывающая взаимодействие массивных тел), если достаточно большая масса коллапсирует под действием собственной гравитации, она образует чёрную дыру с центральной точкой, известной как сингулярность.
Сингулярность – это область, где, как предполагается, материя сжата в бесконечно малое пространство, что приводит к бесконечной плотности и гравитационному притяжению. В этой точке пространство и время, какими мы их понимаем, перестают нормально функционировать.
Здесь-то и начинается самое интересное. Сингулярность подразумевает бесконечности, но бесконечности не имеют смысла в физике. Они сигнализируют о том, что уравнения общей теории относительности перестают быть справедливыми в экстремальных условиях.
Это несоответствие преследовало физиков десятилетиями, побуждая учёных исследовать альтернативные модели, описывающие чёрные дыры без сингулярностей.
Новое исследование учёных из Института фундаментальной физики Вселенной (IFPU – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare's Institute for Fundamental Physics of the Universe, международный исследовательский институт, специализирующийся на изучении фундаментальных вопросов космологии и астрофизики частиц) представляет две такие многообещающие модели, которые, если их истинна будет доказана, могут помочь навсегда избавиться от сингулярностей в чёрных дырах.
Три типа чёрных дыр
Команда IFPU рассматривает одну старую и две новые модели чёрных дыр.
Первая – это стандартная чёрная дыра, имеющая горизонт событий (граница в пространстве-времени, за пределы которой события не могут повлиять на внешнего наблюдателя) и сингулярность.
Две другие – это регулярные чёрные дыры и объект, имитирующий чёрную дыру, который успешно функционирует без сингулярности.
Что касается регулярной модели, то это модифицированные версии стандартных чёрных дыр, которые сохраняют большую часть той же структуры, но заменяют центральную сингулярность ядром с конечной плотностью.
Это ядро может вести себя как участок пространства де Ситтера (модель Вселенной, в которой доминирует положительная космологическая постоянная, приводящая к эффекту антигравитации), где гравитация является отталкивающей, а не притягивающей, предотвращая полный коллапс.
В результате получается чёрная дыра, которая всё ещё захватывает материю и свет на длительные периоды, но остаётся математически корректной. Это приводит к геометрии пространства-времени (математическая модель, дополняющая пространство временны́м измерением), которая остаётся регулярной повсюду, отсюда и термин «регулярные чёрные дыры».
С другой стороны, объекты, имитирующие чёрные дыры, – это гипотетические компактные объекты, лишённые горизонта событий и сингулярности. Они во многом напоминают чёрные дыры, но ничего не захватывают навсегда. Их внутренние области остаются связанными с внешней Вселенной, позволяя свету или сигналам в итоге, вырваться наружу.
«Имитатор чёрной дыры не имеет области захвата, но может быть достаточно компактным, чтобы его внутренняя часть имитировала свойства области захвата. Имитаторы чёрных дыр обычно имеют внешние и внутренние световые кольца (области, где фотоны могут двигаться по круговым орбитам)», – отмечают авторы исследования.
Исследователи также предполагают, что регулярные чёрные дыры и их имитаторы могут со временем превращаться друг в друга в зависимости от физических условий. Эта точка зрения представляет серьёзный отход от устоявшейся картины классических чёрных дыр.
Эти две модели успешно устраняют необходимость в сингулярности чёрной дыры и остаются совместимыми с известными законами физики. Однако, как и сама сингулярность, эти модели пока являются гипотезами и требуют подтверждения дальнейшими исследованиями.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU