Физики выяснили, как черная дыра может разделиться на две
Астрофизики рассчитали условия, при которых одна черная дыра способна распасться на две. В привычном четырехмерном мире такой процесс запрещен, однако для объектов, вращающихся почти с предельной скоростью, ограничения удается обойти. Об этом сообщает портал Naked Science.
Слияния дыр наблюдаются постоянно: гравитационно-волновые обсерватории фиксируют их регулярно, а обратный сценарий — разделение на два объекта — долго считался невозможным из-за второго начала термодинамики. Энтропия дыры пропорциональна площади горизонта событий. Если разрезать обычную дыру, суммарная площадь горизонтов станет меньше, а энтропия не может уменьшиться. Это столь же маловероятно, как спонтанное возвращение разбитого стекла в целое.
У вращающихся дыр энтропия ниже, чем у неподвижных той же массы, поэтому теоретически быстрое вращение может компенсировать потерю: часть собственного момента перейдет в орбитальное движение осколков. Оставалось понять, хватит ли энергии, чтобы фрагменты разлетелись, а не упали друг на друга. Авторы статьи в Physical Review D разобрали такую дыру в рамках Общей теории относительности и проверили три условия: рост энтропии, физическую скорость разлета и энергию для выхода из гравитации основного куска. Расчеты выявили жесткий конфликт: энтропия требует крупного осколка, а условие побега — легкого; в большинстве случаев фрагмент рождался у горизонта, но не мог улететь и за конечное время падал обратно.
Совместить все условия удалось лишь для почти предельных дыр — вращающихся вплотную к теоретическому максимуму. По расчетам, до момента обратного падения испариться успевали лишь обломки с массой меньше планковской. Затем исследователи проверили экзотические сценарии. В теориях с дополнительными измерениями деление уже подтверждено численно: вытянутая струна делится на вереницу плотных образований из-за неустойчивости Грегори — Лафламма, но сами дополнительные измерения никто не наблюдал, поэтому результат остается математическим упражнением внутри непроверенной гипотезы.
Отдельно физики описали сверхизлучение: когда волны оказываются заперты рядом с вращающимся объектом, они способны забирать у него энергию и собираться в отдельных плотных зонах — это разделение, при котором горизонт не разрывается; сам эффект признан реальным, однако сценарий деления через него авторы назвали крайне спекулятивным, поскольку неясно, чем в действительности можно запереть волны. В привычном четырехмерном мире законы строго ограничивают такие объекты, но если изменить размерность пространства, форму горизонта или сам закон тяготения, у них возникает шанс «носить штаны» — так образно описано разделение на две. Увеличение энтропии остается обязательным, однако не гарантирует процесс: оно подсказывает, где искать нестабильность, но не доказывает, что распад произойдет. К распаду больше склонны древние первичные объекты, чем тяжелые дыры, возникшие после гибели звезд; проверить идею можно косвенно — телескоп Fermi-LAT способен фиксировать гамма-следы испаряющихся обломков, а обсерватории гравитационных волн — нетипичные сигналы от столкновений.
