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

Черная дыра в соседней галактике выбрасывает гораздо более мощный скрытый поток газа, чем считалось ранее

Черная дыра в соседней галактике выбрасывает гораздо более мощный скрытый поток газа, чем считалось ранее

Хватит ли воды для городов на Луне: ученые подсчитали пределы лунной колонизации

Хватит ли воды для городов на Луне: ученые подсчитали пределы лунной колонизации

Вспышка сверхновой типа Ia поможет уточнить масштаб Вселенной

Вспышка сверхновой типа Ia поможет уточнить масштаб Вселенной

Телескоп James Webb обнаружил загадочные изменения в кольцах Харикло

Телескоп James Webb обнаружил загадочные изменения в кольцах Харикло

NASA и IBM создали ИИ для поиска льда и неизвестных объектов на Луне

NASA и IBM создали ИИ для поиска льда и неизвестных объектов на Луне

Два частных спутника сблизились на расстояние всего 200 метров на орбите

Два частных спутника сблизились на расстояние всего 200 метров на орбите

Солнце могло поглотить суперземлю в несколько раз массивнее Земли

Солнце могло поглотить суперземлю в несколько раз массивнее Земли

Открыт новый вид льда, способный объяснить тайны Нептуна и Урана

Открыт новый вид льда, способный объяснить тайны Нептуна и Урана

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Коктейли из антител могут направлять вирусы в эволюционные тупики

Коктейли из антител могут направлять вирусы в эволюционные тупики

Две области мозга борются друг с другом перед рискованным решением

Две области мозга борются друг с другом перед рискованным решением

«Квантум Парк» начал продажи квантовых компьютеров для научных центров

«Квантум Парк» начал продажи квантовых компьютеров для научных центров

UBTech открыла завод для выпуска 10 тысяч человекоподобных роботов в год

UBTech открыла завод для выпуска 10 тысяч человекоподобных роботов в год