Настоящая чёрная дыра или просто имитация? Учёные предложили новые модели чёрных дыр без их главной «фишки»

Настоящая чёрная дыра или просто имитация? Учёные предложили новые модели чёрных дыр без их главной «фишки» — сингулярности

06.05.2025 11:04:00 | iXBT.com

Черные дыры — одни из самых таинственных объектов во Вселенной — могут оказаться не такими уж странными. Новое исследование, опубликованное в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, предлагает альтернативные модели черных дыр, в которых нет сингулярностей — загадочных точек, где рушатся все законы физики. Ученые из Института фундаментальной физики Вселенной (IFPU) в Триесте рассказали, как квантовые эффекты могут «исцелить» черные дыры и даже помочь в создании теории квантовой гравитации.

Изображение сгенерировано Grok

Когда Альберт Эйнштейн в 1915 году представил свою общую теорию относительности (ОТО), она предсказала существование черных дыр — объектов с такой мощной гравитацией, что даже свет не может их покинуть. Уже в 1916 году Карл Шварцшильд нашел математическое решение уравнений Эйнштейна, которое указывало на странную особенность: в центре черной дыры находится сингулярность — точка бесконечной плотности, где законы физики перестают работать.

Эта сингулярность стала головной болью для ученых. Если она реальна, а не просто математическая ошибка, это означает, что ОТО не справляется с экстремальными условиями. «Здесь обитают львы», — шутит Стефано Либерати, один из авторов исследования и директор IFPU, намекая на неизведанную область в центре черных дыр.

С 1970-х годов доказательства существования черных дыр становились все убедительнее. В 2015 году ученые впервые зафиксировали гравитационные волны от слияния двух черных дыр, а в 2019 и 2022 годах телескоп горизонта событий (EHT) показал миру изображения «теней» черных дыр M87* и Стрельца A*. Но ни одно из этих открытий не дало ответа, что скрывается в центре этих объектов.

Сингулярность остается за «горизонтом событий» — невидимой границей, за которой начинается неизвестность. Это неприемлемо для науки, и исследователи десятилетиями искали способы «вылечить» эту проблему.

В своей статье ученые рассмотрели три модели черных дыр:

Классическая черная дыра (по ОТО): имеет сингулярность в центре и горизонт событий.
Обычная черная дыра: сохраняет горизонт событий, но избавляется от сингулярности благодаря квантовым эффектам.
Имитатор черной дыры: внешне похож на черную дыру, но не имеет ни сингулярности, ни горизонта событий.

Эти альтернативные модели предполагают, что квантовые эффекты в экстремальных условиях могут устранить сингулярность, делая физику черных дыр более понятной. Исследование родилось из дискуссий ведущих экспертов на специализированном семинаре в IFPU. «Это не просто обзор, а результат живого обмена идеями, где даже опытные ученые пересматривали свои взгляды», — делится Либерати.

Наблюдения пока не могут заглянуть внутрь черных дыр, но есть надежда. Обычные черные дыры и имитаторы слегка отличаются от классических даже за пределами горизонта событий. Например:

Телескоп горизонта событий может заметить необычные детали в кольцах света вокруг имитаторов;
Гравитационные волны от слияния таких объектов могут показать аномалии, не соответствующие ОТО;
Тепловое излучение от поверхности имитаторов (у которых нет горизонта) может стать важной подсказкой.

Для этого нужны более точные инструменты и новые наблюдательные методы. Ученые ждут прогресса в теоретических расчетах и численных симуляциях, которые помогут понять, какие именно отклонения искать.

Исследование альтернативных моделей черных дыр — это не только попытка разгадать их природу, но и ключ к созданию теории квантовой гравитации. Такая теория объединит ОТО, описывающую космос в больших масштабах, с квантовой механикой, которая правит миром частиц. Это одна из величайших задач современной физики.

«Мы стоим на пороге захватывающей эпохи. Перед нами открывается огромная неизведанная территория, и новые открытия уже не за горами», — сказал Либерати.

Подробнее