Последние исследования показывают, что чрезвычайно быстро вращающаяся черная дыра теоретически, при исключительных условиях, может распасться на две меньшие. Текущие исследования не подтверждают, что такой процесс происходит естественным образом, но они проливают новый свет на передние границы физики.
Вопрос о расщеплении одной черной дыры на две завораживает ученых. До сих пор было известно, что такие объекты чаще всего растут путем слияния с другими, но могут ли они также «воспроизводиться»? Недавние теоретические работы показывают, что при необычных условиях, на пределе физических возможностей, такая ситуация может произойти.
Причины разделения черной дыры
Ключ к потенциальному расщеплению черной дыры кроется в ее свойствах. К таким параметрам обычно относятся масса, угловой момент и энтропия. Ученые из группы под руководством Франческо Саннино из Университета Неаполя имени Федерико II проанализировали, когда законы физики могут допускать расщепление. Они обнаружили, что термодинамические ограничения категорически этому препятствуют, поскольку расщепление черной дыры на две части приводит к уменьшению энтропии. Однако очень быстрое вращение может открыть теоретические возможности.
Исследование показало, что вращающиеся на высокой скорости черные дыры могут распределять массу и угловой момент несколько иначе, чем их стационарные аналоги. Это открывает возможность удовлетворить энергетические и энтропийные требования, необходимые для возможности деления. Однако одного лишь энтропийного требования недостаточно — продукт должен обладать достаточной энергией, чтобы эффективно разделить их, а не рекомбинировать.
Таким образом, условия для расщепления очень жёсткие, требующие, чтобы чёрная дыра вращалась почти с максимально возможной скоростью. Если эти критерии будут соблюдены, граница так называемого горизонта событий чёрной дыры может расколоться, создав два отдельных объекта. Как объясняют авторы, математически такой процесс напоминает геометрическую бифуркацию, при которой одна структура расщепляется на две отдельные «ветви».
Последствия фрагментации
Авторы анализа не ограничились классической теорией относительности Эйнштейна. Они также рассмотрели более экзотические модели, включая высшие измерения и так называемые черные струны, которые могут быть особенно нестабильными и склонными к фрагментации. Они отметили, что в некоторых случаях такая фрагментация может стать благоприятной с точки зрения энтропии, особенно когда один из новых объектов значительно меньше другого. Однако даже благоприятный расчет не доказывает, что фрагментация действительно происходит в природе.
По словам Франческо Саннино, вероятность такого процесса в настоящее время определить с уверенностью невозможно — многое зависит от поведения гравитации за пределами известных теорий. Исследователи предполагают, что первичные — очень маленькие — черные дыры могут быть особенно подвержены такому сценарию. Их возможные следы можно обнаружить косвенно с помощью данных, записанных гамма-телескопами, такими как Fermi-LAT, которые могут фиксировать сигналы, сопровождающие распад черных дыр во время столкновений.
Читайте на тему: «Планета Икс» в Солнечной системе может быть черной дырой
