Если и есть что-то вечное во вселенной, так это черные дыры – по крайней мере, так предполагает физика.
Эти сверхплотные объекты обладают неослабевающими гравитационными полями. Материя входит, но выходит очень мало. Они прерывают вселенную, как конечные точки, и продолжают неуклонно расти, мало что может подорвать их неизбежность.
Но это не значит, что черные дыры неприкосновенны. А физики-теоретики обнаружили, как коллапс черных дыр еще более странен, чем сами объекты.
Жозе Феррейра, Карлос Эрдейру, Ойген Раду и Мигель Жильян из Университета Авейру в Португалии говорят, что черная дыра может вырваться из собственных волос и оставить за собой полнофункциональную бозонную звезду.
«Возможно, самым замечательным результатом является то, что мы открыли новый способ коллапса волосатых черных дыр», — рассказали исследователи журналу Science Alert.
«В одном сценарии, который мы называем «делением», ни черная дыра, ни окружающая ее скалярная структура не разрушаются. Вместо этого составной объект разделяется на два независимо жизнеспособных объекта: безволосую черную дыру и бозонную звезду, самогравитирующую массу скалярной материи».
Ну, здесь много чего происходит.
Начнем с черных дыр. Хотя черные дыры являются одними из самых экстремальных объектов в физике, на самом деле они довольно просты в соответствии со стандартной общей теорией относительности. Как только он успокоится и выполнит свою работу, для описания его поведения потребуется на удивление мало параметров. Например, спин и масса.
Однако это не означает, что эти параметры являются исчерпывающими. На самом деле мы не знаем, какие еще параметры скрываются в пространстве черной дыры. Но математика позволяет физикам исследовать некоторые очень странные возможности.
Эти дополнительные особенности называются «волосами», и один тип волос может иметь форму скалярного поля.
Есть веская причина, по которой физики придумывают такие странные конфигурации. Черные дыры представляют собой одни из самых экстремальных лабораторий во Вселенной, потенциально позволяя исследователям исследовать формы материи и полей, которые трудно обнаружить другими способами.
Таким образом, если черная дыра может поддерживать своего рода экзотические «волосы», ее изучение может дать подсказки о частицах и полях, выходящие за рамки того, что мы знаем сейчас.
Скалярное поле можно рассматривать как невидимую среду, пронизывающую пространство. В терминологии частиц можно также сказать, что это совокупность частиц без спина.
В некоторых моделях поля могут сливаться во что-то вроде облака вокруг черной дыры, но не обязательно в тонкое облако. Она составляет значительную часть общей массы системы и генерирует собственное сильное гравитационное поле.
«Обычно можно было бы ожидать, что такая материя просто упадет в черную дыру. Однако в этих решениях существует особый резонансный механизм, который позволяет скалярному полю и горизонту черной дыры сохранять равновесие», — говорят исследователи.
«Ключевой открытый вопрос заключался в том, действительно ли это равновесие стабильно, если допускаются общие возмущения. Наши симуляции показывают, что оно не стабильно в конфигурации, которую мы изучали».
Ранние модели предполагали, что эти волосатые черные дыры могут быть стабильными, но эти модели предполагали сферическую симметрию.
Черные дыры существовали в трех измерениях, но все, что происходило в одном направлении, должно было происходить и в другом направлении. Это значительно упрощает расчеты, но предотвращает предвзятость системы.
Более поздние исследования, которые позволили выявить асферическую динамику, выявили нестабильность в одной модели. Феррейра и его коллеги хотели выяснить, является ли нестабильность особенностью конкретной модели или более широкой особенностью волосатых черных дыр, и что в конечном итоге происходит по мере увеличения нестабильности.
Они использовали численное моделирование, чтобы отслеживать несколько различных конфигураций волосатой черной дыры с течением времени, позволяя системе развиваться по-разному в разных направлениях.
Но есть еще одна часть головоломки. При правильных условиях скалярное поле вокруг черной дыры связывается вместе благодаря собственной гравитации, образуя гипотетический безгоризонтный прозрачный объект, известный как бозонная звезда.
Таким образом, систему можно рассматривать как два компонента, которые связаны, но могут существовать независимо.
Их результаты разделились на два возможных исхода.
рамка границы = “0” разрешение = “акселерометр; автовоспроизведение; запись в буфер обмена; зашифрованный носитель; гироскоп; картинка в картинке. веб-доля” Referrerpolicy = “строгое происхождение-когда-перекрестное происхождение” разрешено полноэкранное>Первое, которое исследователи называют «поглощением», вероятно, соответствует вашим ожиданиям. Эта нестабильность нарушает хрупкое равновесие, которое поддерживает волосатую черную дыру. Черная дыра пожирает окружающее скалярное поле, оставляя после себя безволосую (или «лысую») черную дыру.
Во втором сценарии, который исследователи называют «делением», все становится действительно странным.
«Черная дыра и скалярная конфигурация поддерживаются за счет конкуренции между гравитационным притяжением и электромагнитным отталкиванием. В состоянии деления симметричная конфигурация с черной дырой, расположенной точно в центре бозонной звезды, представляет собой нестабильное равновесие», — объяснили исследователи.
«Простой пример — мяч, балансирующий на вершине горы. Если он находится точно в нужном месте, он там и останется, но если его немного подтолкнуть, он улетит».
И вот что они наблюдали. Небольшого возмущения было достаточно, чтобы сместить черную дыру от центра. Вместо того, чтобы вернуться в равновесие, он постепенно отошел и в конце концов выскочил из скалярного поля, как комедон.
Поле осталось целостным и продолжало жить как бозонная звезда, но черная дыра теперь облысела и пошла своим путем.
рамка границы = “0” разрешение = “акселерометр; автовоспроизведение; запись в буфер обмена; зашифрованный носитель; гироскоп; картинка в картинке. веб-доля” Referrerpolicy = “строгое происхождение-когда-перекрестное происхождение” разрешено полноэкранное>Судьба волосатой черной дыры, по крайней мере частично, зависит от плотности ее скалярных волосков. Более компактные конфигурации имеют тенденцию к поглощению, тогда как более рыхлые конфигурации более подвержены делению.
Эта тенденция сохранялась для двух разных скалярных потенциалов.
Это не означает, что черные дыры в настоящее время триумфально летят по Вселенной от бозонных звезд. Во-первых, бозонные звезды по-прежнему в основном классифицируются как «гипотетические».
По другой причине исследователи предупреждают, что эта конкретная установка представляет собой в первую очередь игрушечную модель, а не реалистичную модель астрофизической черной дыры.
«Хотя этот механизм основан на обычном заряде, ожидается, что астрофизические черные дыры будут иметь небольшой суммарный заряд», — сообщили исследователи журналу Science Alert.
«Поэтому мы не утверждаем, что конкретные объекты, смоделированные здесь, скорее всего, являются астрофизическими объектами. Скорее, механизмы, которые мы обнаруживаем, могут указывать на более широкое явление, которое также может возникать в более реалистичных моделях».
Одна из возможностей, которую исследователи хотели бы изучить, заключается в том, может ли вращение играть роль, аналогичную электрическому заряду, в других моделях волосатых черных дыр.
И даже если существует астрофизически правдоподобная версия этой нестабильности, она не может быть полностью невидимой.
«Этот тип насильственного процесса нарушения симметрии должен производить характерный сигнал гравитационной волны. Особенно в случае ядерного деления, его динамика сильно отличается от хорошо известных процессов, таких как слияние двух черных дыр, поэтому мы ожидаем, что форма волны будет иметь отличительные особенности», — объяснили исследователи.
«Необходимы дальнейшие интенсивные исследования, чтобы точно определить, что представляют собой эти сигналы и можно ли их реально обнаружить и отличить от других источников. Мы считаем, что это особенно интересное направление для будущих исследований».
Это исследование Физический обзор D.
Эта статья была проверена и отредактирована Фионой Макдональд. Мы гордимся своим процессом, но мы всего лишь люди. Если вы обнаружите какие-либо ошибки, пожалуйста, сообщите нам.