Ученые придумали способ проверки «скрытых волос» у черных дыр
Специалисты из Университета Нагои в Японии представили новый подход к поиску потенциальной скрытой материи или неизвестных физических процессов вокруг черных дыр. По мнению авторов работы, подобные следы возможно обнаружить, анализируя гравитационные волны — возмущения пространственно-временной структуры, порождаемые столкновениями и последующим объединением этих объектов. Результаты исследования были обнародованы в научном издании Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
В рамках общей теории относительности, созданной Альбертом Эйнштейном, черная дыра может быть охарактеризована всего лишь тремя базовыми характеристиками: массой, угловым моментом и электрическим зарядом. Это положение известно как «теорема об отсутствии волос», которая утверждает, что у подобного объекта нет иных внешних признаков. Тем не менее, физики допускают вероятность того, что вблизи черной дыры может присутствовать добавочное вещество или возникать эффекты, которые не удается наблюдать напрямую. Такое гипотетическое образование ученые обозначили термином «скрытые волосы».
Для выяснения способов их выявления группа исследователей, возглавляемая Ариадной Ушке из Университета Нагои, провела анализ теоретических моделей черных дыр, окруженных небольшим количеством вещества. Основное внимание в работе было сосредоточено на гравитационных волнах, которые испускаются сразу после слияния двух черных дыр. В такой момент пространство-время продолжает колебаться, причем интенсивность сигнала постепенно снижается. Данная фаза получила название «кольцевание», поскольку она напоминает затухающий звон колокола после удара.
Для изолированной черной дыры параметры такого сигнала должны определяться исключительно ее массой, вращением и зарядом. Однако наличие дополнительной материи может влиять на частотные характеристики волн и на темп их затухания. В ходе исследования было установлено, что эти показатели изменяются неодинаково. Вследствие этого сравнение частоты и скорости уменьшения амплитуды сигнала может предоставить возможность выяснить, существует ли вблизи черной дыры постороннее вещество.
«Гравитационные волны при кольцевании могут не только показать, что на черную дыру что-то влияет, но и дать подсказки о свойствах этой скрытой материи», — отмечает главный автор работы Ариадна Ушке.
Тем не менее, реально зафиксировать «волосы» у черных дыр пока никому не удалось. Предложенное японскими специалистами решение является лишь теоретическим инструментом поиска, который еще предстоит проверить с помощью фактических данных, полученных при наблюдении гравитационных волн. Если в будущем после очередных слияний черных дыр будут зарегистрированы соответствующие аномалии, это может послужить доводом в пользу наличия материи или физических явлений, выходящих за рамки простого описания черной дыры.