Астрономи виявили у чорних дір «волосся»

З того самого моменту, як Альберт Ейнштейнвиявив в своїх рівняннях гравітаційні хвилі, пройшло 105 років - мить за мірками Всесвіту, та й для людства це не так багато. Проте за минуле сторіччя ми дізналися про Всесвіт стільки нового! Набагато більше, ніж припускав Ейнштейн. Уявіть собі його здивування, застану він виявлення гравітаційних хвиль або публікацію першого знімка чорної діри. Що вже говорити про відкриття лауреатів Нобелівської премії з фізики 2020 року - її удостоїлися Роджер Пенроуз з Великобританії, Райнхард Генцель з Німеччини і Андреа Гез з США. Пенроуз математично довів, що чорні діри повинні виникати в звичайному для космосу процесі: при вибухах наднових. А Генцель і Гез виявили надмасивних компактний об'єкт в центрі Чумацького Шляху. Небесне тіло, відкрите лауреатами, стало першим виявленим в космосі об'єктом, який абсолютно точно є чорною дірою. Але і це ще не все. Нещодавно міжнародна група астрономів довела, що у обертових чорних дір можуть існувати «волосся», тобто додаткові параметри, які залежать від поглиненої матерії.

Вчені виявили у чорних дір «волосся»!

Теорема відсутності волосся

Згідно з теоремою відсутності волосся, чорні діриможна описати шляхом вирішення гравітаційних і електромагнітних рівнянь Ейнштейна-Максвелла (ЗТВ), з яких випливає, що чорні діри можуть мати всього три характеристики - масу, кутовий момент (швидкість обертання, спін) і електричний заряд. Якщо ці значення сходяться, то ці чорні діри можна називати близнюками - спостерігач не зможе відрізнити їх один від одного навіть якщо вони будуть утворені абсолютно різними способами.

Зазначу, що математичного докази загальноїтеореми про відсутність волосся не існує, тому математики називають її гіпотезою. Так як ніякий інший спостерігається інформації про ці пожирають світло об'єктах немає, вони здаються вченим гладкими і унікально «лисими» - деякі фізики говорять, що чорні діри нагадують лису голову без волосся.

Чорна діра - область в просторі-часі, гравітаційне тяжіння якої настільки велике, що навіть фотони світла не можуть її покинути.

Деякі фізики порівнюють чорні діри з головою без волосся. Але, вони, можливо, помиляються.

Результати нового дослідження, однак, ставлятьпід сумнів теорему відсутності волосся або, принаймні, її універсальне застосування: за допомогою комп'ютерного моделювання автори роботи продемонстрували, що «екстремальні» чорні діри - ті, чий спин або електричний заряд повністю вичерпано - дійсно мають кілька тонких «волосків». Автори дослідження, опублікованого в журналі Physical Review D також відзначають, що «волосся» чорних дір одного разу можна буде виявити за допомогою детекторів гравітаційних хвиль (LIGO і VIRGO).

Ще більше цікавих статей про останні відкриття в галузі фізики і космології читайте на нашому каналі в Яндекс.Дзен. Там регулярно виходять статті, яких немає на сайті.

Звідки у чорних дір «волосся»?

Протягом багатьох років вчені шукали способиобійти теорему про відсутність волосся за допомогою різних лазівок. Дослідники також шукали особливості, які вказували б на існування невідомих фундаментальних полів, здатних взаємодіяти з чорними дірами.

У 2012 році математик Стефанос Аретакіс і йогоколеги з Університету Торонто припустили, що на горизонті подій деяких чорних дір можуть спостерігатися нестабільності. Ці нестабільності фактично надавали б деяким областям горизонту подій чорної діри більш сильне гравітаційне тяжіння, ніж іншим, що зробило б ідентичні чорні діри помітними.

Робота Аретакіса і його колег показала, що свійслід у вигляді обурення на спрощеній моделі невращающейся екстремальної чорної діри може залишити скалярний поле, подарувавши чорній дірі "волосся". Саме "волосся" дослідники назвали зарядом Аретакіса, який різний у кожної чорної діри.

Як пише Quanta Magazine, сьогодні ми знаємо проіснуванні одного скалярного поля - поле Хіггса. Поле Хіггса, проте, хитке і швидко розпадається, але не інші скалярні поля, пов'язані з темною матерією, темної енергії і різними нитками теорії струн. Команда дослідників з Массачусетського університету в своїй роботі показала, що екстремально обертові чорні діри можуть мати гравітаційний еквівалент заряду Аретакіса.

Скалярний поле в деяких теоріях гравітації використовується для опису гравітаційного поля.

«Те, що Аретакіс виявив за допомогою свогоматематичного аналізу - це те, що на горизонті залишився слід скалярного поля, - пишуть автори дослідження. Це так званий заряд Аретакіса, і ми виявили, що існує аналогічний заряд, пов'язаний з гравітаційним полем ».

Читайте також: Чорні діри можна використовувати в якості джерела нескінченної енергії

Фізики вважають, що гравітаційні волоссявиникають через збурень в кривизні простору-часу на горизонті подій чорної діри і залежать від того, як чорна діра була сформована. Оскільки існують відмінності в точних деталях того, як утворюється кожна чорна діра, це означає, що у кожної чорної діри будуть різні гравітаційні «волосся», навіть якщо маса, швидкість обертання і заряд чорних дір однакові.

Існує також ймовірність того, щогравітаційні «волосся» можуть бути помічені під час злиття чорних дір. Тобто якщо коли-небудь «волосся» вдасться виявити, вчені зможуть отримати цінне розуміння фізики поза рамками Стандартної моделі. Відзначимо, що автори нового дослідження не спростували теорему відсутності волосся, Але показали, що вона застосовна не до всіх чорних дірок.