Физики нашли способ описать черные дыры без парадокса сингулярности

Существование черных дыр, предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна, ставит перед физиками сложную проблему сингулярности - точки в центре, где известные законы физики перестают действовать. Эта особенность, скрытая за горизонтом событий, указывает на возможные пределы применимости теории Эйнштейна в экстремальных условиях. Научное сообщество давно ищет способы разрешить эту проблему, разрабатывая альтернативные модели.

Недавняя работа, опубликованная в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics и обобщающая дискуссии ведущих экспертов, рассматривает состояние исследований в этой области. В ней описаны два основных альтернативных подхода к описанию черных дыр, свободных от сингулярности. Эти подходы предполагают, что квантовые эффекты гравитации, проявляющиеся в экстремальных условиях, могут "исцелить" сингулярность.

Первый тип альтернативных моделей - это так называемые регулярные черные дыры. Они сохраняют горизонт событий, но устраняют центральную сингулярность. Второй тип - имитаторы черных дыр (mimickers). Эти объекты воспроизводят внешние характеристики черных дыр, но не имеют ни сингулярности, ни горизонта событий. Исследователи изучают, как такие объекты могли бы формироваться и какие наблюдательные тесты позволили бы отличить их от стандартных черных дыр. Некоторые теории, например, петлевая квантовая гравитация, предполагают, что коллапсирующая материя достигает максимальной плотности и отскакивает, избегая сингулярности. Другие исследования показывают, что чисто гравитационные эффекты высшего порядка могут устранять сингулярности без привлечения экзотической материи.

Хотя современные наблюдения, включая регистрацию гравитационных волн от слияний черных дыр и изображения тени сверхмассивных черных дыр телескопом Event Horizon (EHT), подтвердили существование этих объектов, они не дали ответа на вопрос о наличии сингулярности в их центре. Однако альтернативные модели предсказывают тонкие отклонения от предсказаний общей теории относительности, которые можно было бы обнаружить с помощью более совершенных инструментов.

Например, изображения имитаторов черных дыр, полученные с высоким разрешением, могли бы выявить неожиданные детали в искривлении света вокруг них. Гравитационные волны могут нести следы аномалий, связанных с неклассической геометрией пространства-времени. Кроме того, тепловое излучение от поверхности безгоризонтного объекта, такого как имитатор, могло бы стать еще одним ключом к разгадке.

Дальнейшее развитие теоретических моделей и численное моделирование в ближайшие годы заложат основу для новых наблюдательных инструментов, специально разработанных для проверки альтернативных гипотез. Эта область исследований не только обещает пролить свет на природу черных дыр, но и может способствовать созданию квантовой теории гравитации, объединяющей общую теорию относительности и квантовую механику, пишет Phys.org.