У черных дыр нашли «волосы», что ставит под сомнение одну из важнейших гипотез, основанных на ТО

Американские физики моделировали черные дыры с экстремальными параметрами и обнаружили у них уникальные характеристики. Их также именуют «волосами», поскольку по ним можно различить такие астрономические объекты с одинаковыми массой, спином и зарядом. А это идет вразрез с одним из прямых следствий Общей теории относительности — теоремой об отсутствии волос.

Симуляция искажения профиля Млечного Пути сверхмассивной черной дырой на переднем плане / ©NASA’s Goddard Space Flight Center, ESA, Gaia, DPAC

Черные дыры, несмотря на свою загадочность, согласно теории относительности — довольно простые объекты. Любую из них можно полностью описать всего тремя параметрами: массой, спином (моментом импульса) и зарядом. Вне зависимости от того, в каких условиях две черные дыры формировались, если эти характеристики у них одинаковые, то и сами они неотличимы друг от друга. Если говорить точнее, то вся прочая информация необратимо теряется за горизонтом событий, и получить ее не представляется возможным для стороннего наблюдателя.

Именно в этом заключается теорема об отсутствии волос, в которой «волосы» — те самые дополнительные характеристики черной дыры. Да, физики иногда придумывают крайне причудливые метафоричные названия своим умозаключениям. Тем не менее эта теорема уже более 50 лет не имеет строгого математического доказательства. Поэтому ее все же правильнее называть гипотезой. Однако, поскольку она является прямым следствием теории относительности и до сих пор не накопилось достаточных свидетельств о ее ложности, черные дыры считаются «безволосыми».

Хотя свежие данные все же заставляют усомниться в ее корректности для всех возможных ситуаций. Моделирование экстремальных черных дыр выявило расхождение с гипотезой. Такие объекты характеризуются максимально возможными массой, спином или зарядом и очень специфически искривляют пространство-время. Они делают это уникальным образом для каждого отдельного случая формирования черной дыры. Следовательно, по таким «волосам» можно получить дополнительную информацию об экстремальной черной дыре и судить о том, как она формировалась.

Дополнительный результат моделирования — эти данные теоретически могут уловить земные детекторы гравитационных волн. Что означает только одно: в ближайшем будущем либо будет опровергнута новая работа американских физиков, либо придется вносить корректировки в теорию относительности. И пусть это звучит весьма патетично, трагедии в этом никакой нет: наука тем и любопытна, что постоянно испытывает свои достижения на прочность.

Интереснейшую с точки зрения теоретической астрофизики работу провели Лиор Бурко (Lior M. Burko), Гаурав Ханна (Gaurav Khanna) и Субир Сабхарвал (Subir Sabharwal). Они представляли фонд Theiss Research, Массачусетский университет Дартмута и Род-Айлендский университет, соответственно. Свое исследование и его результаты американские ученые подробно описали в публикации, которая была размещена в рецензируемом журнале Physical Review D Американского физического общества (APS). Моделирование проводили на нескольких кластерах из десятков графических ускорителей более чем с пятью тысячами вычислительных ядер в каждом, на это ушло несколько недель.