Черные дыры на самом деле могут быть «замороженными звездами», утверждают ученые

Фото: space.fandom.com

Новые исследования природы черных дыр могут решить фундаментальную проблему, лежащую в основе физики.

Черные дыры — это загадочные космические объекты с центральной точкой бесконечной плотности, называемой сингулярностью. Гравитация, которой они обладают, настолько мощна, что за их внешнюю границу, называемую горизонтом событий, ничто — даже свет — не может вырваться. Отсюда и их темное прозвище: они фактически невидимы для нас.

Но, возможно, мы все неправильно поняли. Как было предложено в недавнем исследовании, опубликованном в журнале Physical Review D , черные дыры на самом деле могут быть гипотетическими объектами, называемыми «замороженными звездами».

Если эта теория верна, она даст более приземленное физическое объяснение чудовищным последствиям существования черных дыр и, что самое важное, разрешит информационный парадокс черных дыр, предложенный Стивеном Хокингом (подробнее об этом через минуту).

«Замороженные звезды — это тип имитаторов черных дыр: сверхкомпактные астрофизические объекты, которые свободны от сингулярностей, лишены горизонта, но при этом могут имитировать все наблюдаемые свойства черных дыр», — рассказал Live Science соавтор исследования Рами Брустейн, профессор физики в Университете Бен-Гуриона в Израиле . «Если они действительно существуют, они указывают на необходимость существенного и фундаментального изменения общей теории относительности Эйнштейна».

Расширяя общую теорию относительности квантовой механикой, Хокинг показал, что черные дыры должны фактически испускать излучение из-за взаимодействий, которые происходят вблизи их горизонта событий. В этом сценарии мимолетные пары так называемых виртуальных частиц вблизи этой границы должны рекомбинировать, чтобы «отменить», но разделяются, когда одна из них попадает в горизонт событий. Другая частица, выкачивая энергию из черной дыры, убегает в космос.

Со временем — возможно, через триллионы лет — черная дыра начинает терять энергию в виде тепла и, как следствие, уменьшаться в массе, пока она фактически не испарится.

Это все хорошо, за исключением одного: как только она испарится, вся информация, заключенная в черной дыре, будет потеряна навсегда. Законы физики говорят, что этого просто не может быть; информация может быть преобразована, но никогда не уничтожена.

Это аккуратно обходит, если черные дыры на самом деле являются замороженными звездами, утверждают исследователи. Вместо того, чтобы включать горизонт событий и сингулярность, они были бы плотными — но не бесконечно плотными — сверхкомпактными объектами, которые во многих отношениях казались бы нам такими же черными дырами, вплоть до их теплового излучения.

Их структуры должны были бы подчиняться какой-то головокружительной теории струн , чтобы они могли существовать в таком плотном состоянии, не коллапсируя в сингулярность, тем самым гарантируя, что информация не будет уничтожена. Хотя у них не будет горизонта событий, замороженные звезды все равно будут поглощать почти все, что в них попадет, по словам Брустейна.

«Мы показали, что замороженные звезды ведут себя как (почти) идеальные поглотители, хотя и не имеют горизонта, и действуют как источник гравитационных волн», — сказал Брустейн в интервью Live Science . «Более того, они создают ту же внешнюю геометрию, что и обычная модель черных дыр, и воспроизводят их обычные термодинамические свойства».

Конечно, это предложение противоречит нашему общему пониманию черных дыр. Но исследователи говорят, что обнаружение гравитационных волн может быть использовано для раскрытия загадочных структур замороженных звезд — если они на самом деле существуют.