Нове дослідження ставить під сумнів модель обертання чорних дір

Останні дослідження показують, що традиційна модель обертових чорних дір, запропонована ще у 1963 році математиком Роєм Керром, може мати значні обмеження, що ставлять під сумнів стабільність і довговічність таких об’єктів у космосі.

Згідно із Загальною теорією відносності Ейнштейна, масивні об’єкти викривляють простір-час навколо себе, утворюючи «воронки», у які може потрапляти навколишня речовина. Чорні діри виникають внаслідок колапсу масивних зоряних ядер або злиття надважких об’єктів, що створює так званий горизонт подій — межу, за якою гравітація настільки сильна, що навіть світло не може її покинути. Але що відбувається всередині цієї межі, залишається відкритим питанням.

Концепція Керра описує чорні діри, які обертаються навколо своєї осі, що відповідає спостереженням, оскільки більшість зірок і галактик обертаються, а значить, і чорні діри, що утворюються з їхніх колапсів, мають бути обертальними. Проте модель Керра передбачає наявність внутрішнього горизонту, так званого горизонту Коші, який розташовується між горизонтом подій і сингулярністю. Вважається, що всередині цього горизонту закони простору-часу, в їхньому звичному розумінні, перестають діяти.

У 2018 році математики Міхаліс Дафермос і Джонатан Люк показали, що внутрішній горизонт чорних дір Керра є нестабільним: він не має необхідної «гладкості», через що рівняння Ейнштейна можуть втрачати чинність. Тепер, за даними дослідження міжнародної групи астрофізиків, опублікованого в журналі “Physical Review Letters”, накопичення енергії на внутрішньому горизонті має обмеження, що може порушувати стабільність обертових чорних дір. За їхніми розрахунками, чорні діри, які активно поглинають речовину, не можуть залишатися стабільними протягом тривалого часу, а це суперечить спостереженням за космосом.

Сучасні спостереження свідчать, що деякі надмасивні чорні діри існують практично від самого початку Всесвіту. Наприклад, чорна діра в центрі галактики М87 має вік понад 13 мільярдів років і масу, яка в 6,5 мільярда разів перевищує масу Сонця. Вона оточена акреційним диском — світловим кільцем з речовини, що постійно поглинається чорною дірою. Це свідчить про те, що об’єкт стабільно «споживає» матерію протягом мільярдів років, що важко пояснити, якщо внутрішній горизонт не може витримувати безмежної енергії.

Таким чином, результати нового дослідження ставлять під питання одну з найбільш поширених моделей чорних дір і вимагають перегляду наших уявлень про стабільність і внутрішню структуру цих космічних об’єктів. Науковці продовжують досліджувати можливі механізми, що могли б підтримувати стабільність обертових чорних дір, щоб узгодити нові теоретичні припущення з даними астрономічних спостережень.