Хипотезата на Кер за въртящите се черни дупки е много убедителна концепция, която не противоречи на теорията на Айнщайн и в същото време описанието на въртяща се черна дупка е точно такова, каквото бе наблюдавано в космоса. Сега обаче се оказа, че има голям проблем с нея.
Черните дупки са пленителни обекти - те са чисто гравитационни, забележително прости, но способни да крият загадки. Повечето наблюдения досега са фокусирани върху външните им характеристики и заобикалящата среда, оставяйки вътрешната им природа до голяма степен неизследвана.
Черна дупка може да се образува или от колапса на масивно звездно ядро (черна дупка със звездна маса), или от сливането на масивни обекти (напр. двойка неутронни звезди), или от поглъщането на огромни количества материя, включително други черни дупки (свръхмасивните черни дупки в центровете на галактиките).
Но в какво се превръща цялата тази маса там, вътре, какво се случва в черната дупка със самото пространство-време? Това астрофизиците се опитват да изчислят и разберат математически с помощта на Общата теория на относителността на Алберт Айнщайн. Според нея всеки обект с маса огъва тъканта на пространство-времето и когато се концентрира на едно място, на това място се образува "фуния", в която се увлича всичко (дори безмасовите фотони на светлината) като водовъртежа, който се образува във вана с отпушен отвор. Въз основа на това астрофизиците се опитват да продължат да рисуват тази картина в така наречения хоризонт на събитията - условната "повърхност" на черна дупка.
Структура на черна дупка на Кер. Кредит:K.A.I.L. WIJEWARDENA GAMALATH
През 1963 г. новозеландският математик Рой Кер предлага своя версия. Той изчислява физиката на една въртяща се черна дупка и тя много прилича на това, което се наблюдава в космоса: повечето звезди се въртят около оста си, което означава, на теория, че същото трябва да се случи с техните колабиращи ядра. А в галактиките, както знаем, всичко се върти. Между другото, астрофизиците наскоро изчислиха, че черната дупка Стрелец A* в центъра на нашата галактика се върти почти на границата на физическите възможности. А заради закона за запазване на момента на импулса, изглежда, че всички черни дупки във Вселената са черни дупки на Кер. Всички предшественици на черните дупки имат инерция, независимо дали са тежки звезди, неутронни звезди или други черни дупки, така че заради този закон за запазване, статичните черни дупки на Шварцшилд остават само хипотетични. И това прави решението, което Кер намира през 1963 г., много важно.
Но какво се случва вътре?
В черната дупка на Кер хоризонтът на събитията не е единственият хоризонт, нито последният. Това е просто линията, от която няма връщане. Нищо не може да избяга оттам, но пространство-времето все още съществува там до известна степен. Има дори подозрения, че човек е могъл да оцелее след напускане на хоризонта на събитията на Стрелец А*: според някои хипотези той не би бил разкъсан веднага, а според други е щял да остане непокътнат.
Точното решение за черна дупка и с масата, и с ъгловия импулс е намерено от Рой Кер през 1963 г. Той открива, че вместо един хоризонт на събития с точкова сингулярност, има вътрешен и външен хоризонт на събитията, както и външна ергосфера, плюс пръстенообразна сингулярност със съществен радиус. Кредит: MATT VISSER, ARXIV:0706.0622
Предполага се втори, вътрешен хоризонт на черната дупка - т. нар. хоризонт на Коши (терминът е въведен от Пенроуз и Хокинг през 1966 г.). Именно в неговите граници се крие уникалността. Според учените, за нас, далечните наблюдатели, тя би изглеждала като диск, разположен в екваториалната равнина на черната дупка. Общоприето е, че там пространство-времето престава да съществува, поне във формата, в която можем да го разберем. Вярно е, че през 2018 г. математиците Михалис Дафермос и Джонатан Люк съобщават, че е там, но "не е достатъчно гладко", за да работят уравненията на Айнщайн в него.
Ново проучване, проведено чрез сътрудничество между Университета на Южна Дания, Карловия университет в Прага, Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) в Триест, Италия, и Университета Виктория в Уелингтън в Нова Зеландия, изглежда поставя под въпрос концепцията на Кер.
Проучването, публикувано в Physical Review Letters, подчертава критичен проблем относно вътрешността на въртящите се черни дупки: досега се знаеше, че статичният вътрешен хоризонт се характеризира с безкрайно натрупване на енергия, но новото изследване доказва, че в даден момент трябва да бъде достигната определена граница, след която черната дупка вече не може да остане стабилна, т.е. поглъщащите материя черни дупки не могат да съществуват много дълго. А това противоречи на наблюденията - известни са много черни дупки на преклонна възраст, дори близо до възрастт5а на Вселената.
Тази нестабилност се дължи на натрупването на енергия, която расте експоненциално с течение на времето, докато достигне крайна, но изключително голяма стойност, способна да повлияе значително на цялостната геометрия на черната дупка и по този начин да я промени.
Крайният резултат от този динамичен процес все още не е ясен, но проучването предполага, че черна дупка не може да се стабилизира в геометрията на Кер, поне не за дълги времеви мащаби, въпреки че скоростта и големината на отклоненията от пространство-времето на Кер остават в процес на изследване.
"Този резултат предполага, че решението на Кер – противно на предишните предположения – не може да опише точно наблюдаваните черни дупки, поне в типичните времеви мащаби на тяхното съществуване, обяснява Стефано Либерати, професор в SISSA и един от авторите на изследването.
Следователно разбирането на ролята на тази нестабилност е от съществено значение за прецизиране на теоретичните модели на вътрешността на черните дупки и тяхната връзка с цялостната структура на тези обекти. В този смисъл може да осигури липсваща връзка между теоретичните модели и потенциалните наблюдения на физиката отвъд Общата теория на относителността. В крайна сметка тези резултати отварят нови перспективи за изучаване на черните дупки, предлагайки възможност да задълбочим разбирането си за тяхната вътрешна природа и динамично поведение.
Справка: Raúl Carballo-Rubio et al, Mass Inflation without Cauchy Horizons, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.181402. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2402.14913
Източник: Black hole study challenges Kerr solution assumptions, International School of Advanced Studies (SISSA)
Още по темата
Космос
Свръхмасивната черна дупка M87* година по-късно: Сянката се мести, бездната се храни
Космос
На тази дата е роден математикът, чието име носят въртящите се черни дупки
Космос
Дали снимката на черната дупка M87* не показва гравитомагнитен монопол?
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари