Как скорость вращения черной дыры влияет на ее свойства?

Человечество располагает обширными данными о многих космических явлениях, но некоторые объекты таят в себе огромное количество загадок. Черные дыры — одни из множества таких объектов, которые, как может показаться, лежат за гранью понимания простых смертных.

Как скорость вращения черной дыры влияет на ее свойства?

Общая теория относительности — это чрезвычайно сложная математическая теория, но ее описание черных дыр удивительно просто. Стабильную черную дыру можно описать всего тремя свойствами: массой, электрическим зарядом и вращением (или спином). Поскольку черные дыры вряд ли будут иметь большой заряд, на самом деле требуется всего два свойства. Если вы знаете массу и вращение черной дыры, вы знаете все, что нужно знать о черной дыре.

Это свойство часто резюмируется теоремой "об отсутствии волос". В частности, теорема утверждает, что после того, как вещество попадает в черную дыру, единственной характеристикой, которая остается, является масса. Вы могли бы сделать черную дыру из водорода, взятого на Солнце, стульев или тех старых копий непонятного журнала найденных на балконе съемной квартиры, и не было бы никакой разницы. С точки зрения общей теории относительности масса есть масса. В любом случае горизонт событий черной дыры совершенно гладкий, без каких-либо дополнительных особенностей. Как сказал Якоб Бекенштейн: у черных дыр нет волос.

Как скорость вращения черной дыры влияет на ее свойства?

Но при всей своей предсказательной способности общая теория относительности имеет проблемы с квантовой теорией. Это особенно заметно в отношении черных дыр. Если теорема об отсутствии волос верна, информация, содержащаяся в объекте, уничтожается, когда он пересекает горизонт событий. Квантовая теория утверждает, что информацию невозможно уничтожить. Итак, действующая теория гравитации противоречит действующей теории квантов. Это приводит к таким проблемам, как парадокс межсетевого экрана, когда невозможно решить, должен ли горизонт событий быть горячим или холодным.

Для разрешения этого противоречия было предложено несколько теорий, часто включающих расширения теории относительности. Но разницу между стандартной теорией относительности и этими модифицированными теориями можно увидеть только в экстремальных ситуациях, что затрудняет их изучение с помощью наблюдений. Но статья в Physical Review Letters показывает, как их можно изучать через вращение черной дыры.

Как скорость вращения черной дыры влияет на ее свойства?
Температура в комнате — это пример скалярного поля.

Многие модифицированные теории относительности имеют дополнительный параметр, которого нет в стандартной теории. Известное как безмассовое скалярное поле, оно позволяет модели Эйнштейна связываться с квантовой теорией таким образом, чтобы исключить противоречие. В этой новой работе команда изучила, как такое скалярное поле связано с вращением черной дыры. Они обнаружили, что при малых вращениях модифицированная черная дыра неотличима от стандартной модели, но при больших скоростях скалярное поле позволяет черной дыре получить дополнительные особенности. Другими словами, в этих альтернативных моделях быстро вращающиеся черные дыры могут иметь волосы.

Волосатые аспекты вращающихся черных дыр будут видны только вблизи самого горизонта событий, но они также повлияют на слияние черных дыр. Как указывают авторы, будущие обсерватории гравитационных волн должны иметь возможность использовать быстро вращающиеся черные дыры, чтобы определить, действительна ли альтернатива общей теории относительности.

Общая теория относительности Эйнштейна до сих пор справлялась со всеми наблюдательными проблемами, но, вероятно, она потерпит неудачу в самых экстремальных условиях Вселенной. Подобные исследования показывают, как мы можем вывести новую теорию.

Читайте также

Телескоп Chandra обнаружил раскаленное до 20 миллионов градусов «дыхание» древнего квазара

Телескоп Chandra обнаружил раскаленное до 20 миллионов градусов «дыхание» древнего квазара

Ученые предположили, что диск Млечного Пути мог перевернуться на 90 градусов

Ученые предположили, что диск Млечного Пути мог перевернуться на 90 градусов

Телескоп JWST опроверг существование двух самых перспективных кандидатов на сферы Дайсона

Телескоп JWST опроверг существование двух самых перспективных кандидатов на сферы Дайсона

Астрономы впервые получили самые убедительные доказательства существования звезды-спутника у Бетельгейзе

Астрономы впервые получили самые убедительные доказательства существования звезды-спутника у Бетельгейзе

Китай может отправить первую африканскую космическую миссию на Луну уже в 2029 году

Китай может отправить первую африканскую космическую миссию на Луну уже в 2029 году

Ученые предложили новый способ искать разумную жизнь во Вселенной — без поиска технологий

Ученые предложили новый способ искать разумную жизнь во Вселенной — без поиска технологий

NASA показало поврежденное колесо марсохода Curiosity после почти 14 лет работы на Марсе

NASA показало поврежденное колесо марсохода Curiosity после почти 14 лет работы на Марсе

Прорыв в поиске новой Земли: фотонные фонари позволят изучить атмосферы экзопланет

Прорыв в поиске новой Земли: фотонные фонари позволят изучить атмосферы экзопланет

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Возможно ли клонировать неандертальца? Мифы, технологические возможности и биоэтика

Возможно ли клонировать неандертальца? Мифы, технологические возможности и биоэтика

Во Вселенной больше звезд, чем песчинок на Земле. И это не преувеличение

Во Вселенной больше звезд, чем песчинок на Земле. И это не преувеличение

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

Китайские ученые научились подзаряжать дроны лазером прямо во время полета

Китайские ученые научились подзаряжать дроны лазером прямо во время полета

Голод меняет мозг: почему нельзя решать проблемы натощак

Голод меняет мозг: почему нельзя решать проблемы натощак

Дешевый датчик из меди и цинка проводит оценку кавитации, защищая технику от гидравлических ударов

Дешевый датчик из меди и цинка проводит оценку кавитации, защищая технику от гидравлических ударов