В астрофизике существует поговорка «у черных дыр нет волос». Это означает, что в общей теории относительности черные дыры являются исключительно простыми объектами. Все, что нужно для описания черной дыры, — это ее масса, электрический заряд и скорость вращения. Только эти три числа позволяют получить все, что можно знать о черных дырах. Другими словами, они «лысые» — у них нет никакой дополнительной информации.
Эта особенность черных дыр очень расстраивает астрофизиков, которые отчаянно хотят понять, как работают эти космические бегемоты. Но поскольку у черных дыр нет «волос», то нет и возможности узнать о них больше и понять, как они устроены. Увы, черные дыры остаются одними из самых загадочных и таинственных объектов во Вселенной.
Однако концепция «безволосых» черных дыр опирается на наше современное понимание общей теории относительности, первоначально сформулированной Альбертом Эйнштейном. В этой картине относительности основное внимание уделяется кривизне пространства-времени. Любой объект, обладающий массой или энергией, будет искривлять пространство-время вокруг себя, и это искривление указывает этим объектам, как двигаться.
Однако это не единственный способ построения теории относительности. Существует совершенно иной подход, в котором основное внимание уделяется не кривизне, а «закрученности» пространства-времени. В этом случае любой объект, обладающий массой или энергией, закручивает пространство-время вокруг себя, и это закручивание указывает другим объектам, как им двигаться.
Эти два подхода, один из которых основан на кривизне, а другой — на крутизне, математически эквивалентны. Но поскольку Эйнштейн первым разработал формулировку, основанную на кривизне, она получила гораздо более широкое распространение. Подход на основе крутизны, известный как «телепараллельная» гравитация за математическое использование параллельных линий, открывает широкие возможности для интригующих теоретических открытий, которые не очевидны в подходе на основе кривизны.
Например, группа физиков-теоретиков недавно исследовала, как телепараллельная гравитация может подойти к проблеме ворсистости черных дыр. О своей работе они подробно рассказали в статье, опубликованной в июле в базе данных препринтов arXiv. (Исследование еще не прошло рецензирование).
Группа исследовала возможные расширения общей теории относительности с помощью так называемого скалярного поля — квантового объекта, который обитает во всем пространстве и времени. Известным примером скалярного поля является бозон Хиггса, который отвечает за придание массы многим частицам. Возможно, существуют и другие скалярные поля, населяющие Вселенную и тонко изменяющие работу гравитации, и физики уже давно используют эти скалярные поля в попытках объяснить природу таких загадок космоса, как темная материя и темная энергия.
В общей теории относительности, основанной на обычной кривизне, существует лишь множество способов добавления скалярных полей. Но в телепараллельной гравитации вариантов гораздо больше. Исследовательская группа обнаружила способ добавления скалярных полей в общую относительность с помощью телепараллельного фреймворка. Затем они использовали этот подход для исследования того, могут ли эти скалярные поля, которые в противном случае были бы невидимы, проявляться вблизи черных дыр.
Конечный результат: Скалярные поля, добавленные к общей теории относительности, при исследовании через телепараллельную линзу дали черным дырам некоторую прическу.
В данном случае «волосы» — это наличие сильного скалярного поля вблизи горизонта событий черной дыры. Очень важно, что это скалярное поле несет в себе информацию о черной дыре, что позволит ученым больше узнать о черных дырах, не погружаясь в них.
Теперь, когда исследователи определили, как придать черным дырам «волосы», им предстоит поработать над наблюдательными последствиями этих результатов. Например, будущие наблюдения за гравитационными волнами могут выявить тонкие сигнатуры этих скалярных полей при столкновениях черных дыр.
Нет комментариев