Уявлення про те, що чорна діра може розпастися на дві частини, довго вважалося фізично неможливим. Закони Загальної теорії відносності та термодинаміки роблять подібну катастрофу фантастикою. Однак нове теоретичне дослідження, опубліковане в часописі Physical Review D, доводить, що за екстремальних умов така лазівка все ж існує.
Дослідження визначає межі застосовності теорії Ейнштейна та ставить питання про те, чи спроможні чорні діри поводитися у спосіб, який кидає виклик сучасному розумінню Всесвіту.
Бар’єр ентропії
Головна причина, чому чорні діри чинять опір розпаду, полягає в ентропії. Для статичного об’єкта ентропія зростає пропорційно квадрату його маси. Якщо одна чорна діра розділиться на дві менші з тією ж сумарною масою, їхня загальна ентропія зменшиться, що суперечить фундаментальним термодинамічним принципам.
Проте ситуація змінюється, коли об’єкт володіє колосальним кутовим моментом. Як з’ясувала команда науковців під керівництвом професора фізики Франческо Санніно з Неаполітанського університету імені Федеріко II, надшвидке обертання змінює класичну співвіднесеність маси та ентропії.
Для успішного розпаду недостатньо лише сприятливого балансу ентропії — новоутворені фрагменти повинні мати достатню енергію та імпульс, щоб розлетітися, а не злитися назад під дією власної гравітації. Враховуючи ці параметри, науковці з’ясували, що вікно можливостей залишається відкритим лише для об’єктів, які обертаються зі швидкістю, близькою до максимально можливого фізичного ліміту.
Додаткові виміри
Якби подібне розщеплення відбулося, єдиний горизонт подій розпався б на два окремих конуси. У часово-просторовому вимірі ця геометрія має вигляд розгалуження, яке вчені образно називають топологією «пари штанів».
Науковці також проаналізували більш екзотичні сценарії — моделі з вищими просторовими вимірами та альтернативні теорії гравітації. У багатовимірній гравітації певні об’єкти, наприклад, чорні струни, стають нестабільними. У таких умовах поділ стає термодинамічно вигідним, особливо якщо один із утворених фрагментів значно менший за інший.
Пошук крихітних фрагментів
Наразі автори роботи не оцінюють точну ймовірність поділу, оскільки вона залежить від поведінки гравітації за межами класичної теорії Ейнштейна. Набагато схильнішими до розпаду вважаються малі первинні чорні діри, які утворилися на світанку Всесвіту, а не гігантські астрофізичні об’єкти.
Якщо фрагментація дійсно відбувається під час таких подій, як злиття чорних дір, її сліди можна виявити опосередковано. Дослідники розраховують на космічні гамма-телескопи, такі як Fermi-LAT, які здатні шукати специфічне випромінювання від крихітних утворених фрагментів. Поки що дослідження описує виключно теоретичну можливість, але воно дає новий інструмент для перевірки меж сучасної фізики.
Раніше ми повідомляли про те, як темна матерія поставила під сумнів теорію гравітації Ейнштейна.
За матеріалами Interesting Engineering
