Эйнштейн снова оказался прав: спустя полвека физики доказали стабильность черных дыр

Международная группа исследователей наконец-то доказала, что медленно вращающиеся черные дыры Керра стабильны. «Хайтек» рассказывает главное о новой работе физиков.

В 1963 году математик Рой Керр нашел решение уравнений Эйнштейна, которое точно описывало пространство-время вокруг вращающихся черных дыр. Однако в то время термин «черная дыра» еще не существовал, его придумали несколько лет спустя. На протяжении десятилетий ученые пытались доказать, что медленно вращающиеся черные дыры с малым угловым моментом стабильны. И, наконец-то, физикам это удалось.

Напомним, угловой момент — это физическая величина, которая характеризует количество вращательного движения и зависит от того, сколько массы вращается, как она распределена в пространстве и с какой угловой скоростью происходит само вращение.

Какие бывают черные дыры?

Известны четыре типа черных дыр, которые помогают представить решения Эйнштейновских уравнений, которые описывают силу тяжести в общей теории относительности. Две из них вращаются: это черные дыры Керра и Керра — Ньюмена.

Фото: ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons

Черные дыры Керра названы так по имени известного математика Роя Керра. Именно он нашел решения для уравнений, которые описали поведение вращающейся черной дыры. Впоследствии их дополнил Эзра Ньюмен. Он точно описывал геометрию пространства-времени, в котором присутствовал массивный объект, который отличается вращательным движением. Именно последний фактор отличает черные дыры Керра — Ньюмена от дыр Шварцшильда, которые обычно статичны. Кроме того, у черных дыр Керра — Ньюмена есть эргосфера. Напомним, это область пространства-времени вблизи вращающейся черной дыры, которая находится между горизонтом событий и пределом статичности. Объекты, находящиеся в пределах эргосферы, неизбежно вращаются вместе с черной дырой за счет эффекта Лензе — Тирринга.

В чем проблема?

Если черная дыра стабильна, она в конечном итоге вернется к математическому описанию Керра даже после сильного удара гравитационными волнами. Будь эти космические гиганты нестабильны, теорию гравитации Эйнштейна пришлось бы изменить на фундаментальном уровне, а научному сообществу — пересмотреть все знания о космических гигантах. Все говорило о том, что стабильность Керра обоснована, но доказать это не получалось.

Что выяснили ученые?

Чтобы решить проблему, ученые рассмотрели вопрос о том, могут ли гравитационные волны, попадающие в черную дыру, изменить или вовсе разрушить ее. Для примера можно представить винный бокал, пишет Quanta Magazine. Он начнет вибрировать и даже разобьется, если направить на него достаточное количество звуковых волн, точно соответствующих резонансной частоте емкости. В итоге физики задались вопросом, может ли подобное явление резонансного типа произойти, когда в черную дыру ударяют гравитационные волны.

Фото: NASA Goddard Space Flight Center

В ходе исследования ученые представили, что произойдет, если гравитационная волна пересечет горизонт событий черной дыры Керра и окажется «внутри» нее. Расчеты показали, что это может изменить ее массу и вращение, но она все равно будет объектом, который описывают уравнения Керра.

Так, исследователи показали, что медленно вращающиеся черные дыры не «разрушаются» в результате малого воздействия гравитационными волнами. Теоретики надеются, что в ближайшие несколько лет они обобщат полученные результаты на случай произвольного углового момента.

Что в итоге?

До сих пор стабильность доказали только для медленно вращающихся черных дыр, где отношение углового момента черной дыры к ее массе было намного меньше 1. Насчет быстро вращающихся объектов у ученых не были так уверенны . Кроме того, физики не знали, насколько малым должно быть отношение углового момента к массе, чтобы обеспечить ту самую стабильность.

Учитывая, что только один шаг в их длинном доказательстве основан на предположении о малом угловом моменте, Серджиу Клайнерман из Принстонского университета, соавтор исследования, отметил, что «совсем не удивится, если к концу десятилетия появится полное разрешение гипотезы Керра о стабильности».

Читать далее:

Ученые нашли черную дыру, которая в 50 раз больше галактик

Физики показали, что вода превращается в две жидкости при низких температурах

В России изобрели сплав, который выдержит энергию термоядерного реактора

Фото на обложке: ESO/L. Calçada, CC BY 4.0, Wikimedia Commons

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Древний кинжал нашли в Твери: ученые выяснили его возраст
Наука
Редкое астрономическое явление можно увидеть уже в эту пятницу
Космос
Ученые раскрыли, как появились невозможные черные дыры
Космос
Минпромторг закроет параллельный импорт ноутбуков и серверов HP и Fujitsu
Новости
При Трампе пошлины на азиатские солнечные панели выросли до рекордных 3521%
Новости
ИИ помог выиграть 36 млн в лотерею: можно ли это повторить
Новости
Зонд «Люси» сфотографировал астероид необычной формы
Космос
Крупнейшая структура во Вселенной больше и ближе к Земле, показывают гамма-всплески
Космос
Разработан метод для быстрого обнаружения ДНК в образце с помощью света вместо ПЦР
Наука
Huawei выпускает чип Ascend 910C в ответ на торговые ограничения для Nvidia
Новости
Создана упаковка для транспортировки и длительного хранения донорской крови
Наука
Теорию относительности Эйнштейна проверят на орбите Земли
Космос
«Фабрику» железного века по производству краски нашли в Израиле: она проработала 500 лет
Наука
В Японии испытали летающие молниеотводы: дроны, которые привлекают молнии
Новости
Шимпанзе впервые попали на видео во время «вечеринки» с алкоголем
Наука
В Госдуме хотят проверять владельцев российских сайтов через Госуслуги
Новости
Физики разработали кубиты с увеличенным временем жизни для квантовых устройств
Наука
Астрономы подтвердили открытие первой «одинокой» черной дыры
Космос
Создан металл, который не теряет прочности при самых экстремальных температурах
Наука
Сколько яиц и кулича можно съесть на Пасху: врачи назвали допустимую норму
Наука