Слева: конкретная реализация массы Миснера-Шара в уравнении. (18) и параметры 𝑀0=10, ℓ=1, 𝑣𝑖=−20, 𝑣𝑓=1000, 𝑠1=1, 𝑠2=1/40. Радиус выходящей оболочки изначально установлен равным 𝑅(𝑣=30)=5. Справа: масса Миснера-Шарпа 𝑀+(𝑣,𝑅(𝑣)) в области внутри исходящей оболочки в качестве иллюстративного примера 𝑚(𝑣)=−𝛽[1+𝜀cos(𝜔𝑣)/𝑣]/𝑣𝑝 сочетает в себе поведение колебательного и степенного закона с 𝛽=1, 𝜔=1, 𝑝=2 и 𝜀=0 (сплошная зеленая линия) или 𝜀=1 (пунктирная фиолетовая линия).
Черные дыры продолжают очаровывать ученых: это чисто гравитационные объекты, удивительно простые, но способные скрывать тайны, бросающие вызов нашему пониманию законов природы. До настоящего времени большинство наблюдений сосредоточено на их внешних особенностях и среде обитания, тогда как их внутренняя природа осталась во многом неизученной.
Новое исследование, проведенное в сотрудничестве между Университетом Южной Дании, Карловым университетом в Праге, Высшей международной школой аванзати (SISSA) в Триесте и Университетом Виктории в Веллингтоне в Новой Зеландии и опубликованное в журнале Physical Review Letters, рассматривает общий аспект. из самой внутренней области различных моделей пространства-времени, описывающих черные дыры, что позволяет предположить, что наше понимание этих загадочных объектов может потребовать дальнейшего исследования.
По словам соответствующего автора, постдока Рауля Карбальо-Рубио из исследовательского центра CP3-Origins при Университете Южной Дании, наиболее важным выводом этого исследования является то, что «внутренняя динамика черных дыр, которая до сих пор в значительной степени не изучена, может радикально изменить наше понимание этих объектов, в том числе и с внешней точки зрения».
Решение Керра уравнений общей теории относительности является наиболее точным представлением вращающихся черных дыр, наблюдаемых в гравитационной астрофизике. Он изображает черную дыру как водоворот в пространстве-времени, характеризующийся двумя горизонтами: внешним, за которым ничто не может избежать ее гравитационного притяжения, и внутренним, заключающим в себе кольцевую сингулярность, область, в которой пространство-время, подобно нас, вы знаете, перестает существовать. Эта модель хорошо согласуется с наблюдениями, поскольку отклонения от теории Эйнштейна за пределами черной дыры регулируются новыми физическими параметрами, которые определяют размер ядра и, как ожидается, будут весьма малы.
Однако недавнее исследование международной группы выявило критическую проблему, связанную с недрами этих объектов: хотя было известно, что статический внутренний горизонт характеризуется бесконечным накоплением энергии, исследование показывает, что динамические черные дыры еще более реалистичны. подвержены значительной нестабильности в течение относительно коротких периодов времени. Эта нестабильность возникает из-за накопления энергии, которая увеличивается экспоненциально с течением времени, пока не достигнет конечного, но чрезвычайно большого значения, которое может существенно повлиять и, таким образом, изменить общую геометрию черной дыры.
Окончательный результат этого динамического процесса до сих пор неясен, но исследование предполагает, что черная дыра не может стабилизироваться в геометрии Керра, по крайней мере, в течение длительных периодов времени, хотя скорость и величина отклонений от пространства-времени Керра все еще изучаются.
Стефано Либерати, профессор SISSA и один из авторов исследования, объясняет: «Этот результат предполагает, что — вопреки предыдущим предположениям — решение Керра не может точно описать наблюдаемые черные дыры, по крайней мере, в типичных временных масштабах их существования. «
Поэтому понимание роли этой нестабильности имеет решающее значение для уточнения теоретических моделей недр черных дыр и их связи с общей структурой этих объектов. В этом смысле это может представлять собой недостающее звено между теоретическими моделями и возможными физическими наблюдениями за пределами общей теории относительности. В конечном итоге эти результаты открывают новые перспективы для изучения черных дыр и дают возможность углубить наше понимание их внутренней природы и динамического поведения.
Информация от: Международной школой перспективных исследований (SISSA).
