Смерть черных дыр может оказаться совсем не такой, как мы думали

Черные дыры, небесные объекты, настолько компактные, что интенсивность их гравитационных полей не позволяет вырваться наружу ни одной форме материи или излучения, завораживают как ученых, так и любителей. Среди множества загадок, которые они хранят, загадка их смерти является одной из самых интригующих. Стивен Хокинг продемонстрировал вероятность испарения и исчезновения черных дыр, но, к сожалению, в противоречии с общей относительностью: это и есть информационный парадокс. Недавно группа исследователей использовала теорию, известную как "гравитация Эйнштейна-дилатона-Гаусса-Бонне", для изучения конечных состояний испаряющихся черных дыр. Их открытие, которое еще предстоит подтвердить, позволяет по-новому взглянуть на эти небесные объекты.

Черная дыра — это небесный объект, гравитация которого настолько сильна, что она поглощает все, что находится за ее "горизонтом событий", включая свет. Эти небесные объекты являются неотъемлемой частью структуры Вселенной. Сильная гравитация, создаваемая черными дырами (точнее, сингулярностью), возникает потому, что материя была сжата в крошечном пространстве. Это может произойти в конце жизни звезды, в результате чего многие черные дыры являются результатом умирания звезд. На самом деле, в центре большинства галактик, включая нашу собственную, находятся черные дыры. Но мы до сих пор не знаем, как именно умирают эти объекты.

Стивен Хокинг продемонстрировал возможность испарения черных дыр, явление, которое он назвал излучением Хокинга. Другими словами, это излучение, которое испускает любая черная дыра в соответствии с законами квантовой механики и которое приводит к ее испарению за счет потери массы, углового момента, если черная дыра вращается, и электрического заряда, если она заряжена.

Но согласно общей теории относительности, это невозможно, поскольку ничто из того, что входит в горизонт событий черной дыры, не может его покинуть. Тем не менее эта теория предсказывает существование точек бесконечной плотности, где законы физики нарушаются: сингулярностей. Именно это наблюдается в центре черных дыр, где сосредоточена вся материя звезды. Что же там происходит, когда черная дыра испаряется? Ученые использовали определенную теорию для изучения этих конечных состояний. Их результаты доступны на сайте arXiv и ожидают экспертной оценки.

Новая теория для понимания смерти черных дыр

Таким образом, появление излучения Хокинга привело к возникновению информационного парадокса черных дыр. В марте 2022 года ученые выдвинули гипотезу о том, что черные дыры не навсегда поглощают информацию, которая в них попадает, а скорее запечатлевают ее в своем гравитационном поле.

Кроме того, изучая процесс излучения Хокинга, можно было бы понять физику сингулярности, потенциально содержащей информацию, поглощенную черной дырой. По мере испарения черные дыры становятся все меньше и меньше, а их горизонты событий приближаются к центральным сингулярностям. В последние моменты жизни черной дыры гравитация становится слишком сильной, а сами черные дыры становятся слишком маленькими, чтобы их можно было описать и понять через призму нынешних знаний. Поэтому становится необходимым разработать более совершенную теорию гравитации.

Конечно, относительность и квантовая механика не очень хорошо работают вместе, но использование различных элементов, предлагаемых этими двумя теориями, — это возможный путь вперед. Существует множество кандидатов на создание квантовой теории гравитации, основанной на модифицированной общей теории относительности. Исследователей в этом исследовании интересовала теория, известная как гравитация Эйнштейна-дилатона-Гаусса-Бонне.

Детали результатов команды, к сожалению, немного неясны. Действительно, модифицированная общая относительность не так хорошо изучена, как классическая общая относительность, и решение уравнений основано на многих предположениях. Однако исследователи смогли описать смерть черной дыры в зависимости от ее природы и эволюции.

Следует отметить, что одной из основных особенностей теории гравитации Эйнштейна-дилатона-Гаусса-Бонне является то, что черные дыры имеют минимальную массу, поэтому авторы смогли изучить, что происходит, когда испаряющаяся черная дыра начинает достигать этой минимальной массы.

Таким образом, с одной стороны, процесс испарения может оставить после себя остаточный "микроскопический самородок", который не имеет горизонта событий. Авторы считают, что теоретически можно будет восстановить этот "самородок", содержащий всю информацию, которая попала в исходную черную дыру, и таким образом разрешить информационный парадокс. С другой стороны, черная дыра может достичь своей минимальной массы и избавиться от горизонта событий, сохранив при этом свою сингулярность. Эти "голые сингулярности", похоже, запрещены в общей теории относительности, но если они существуют, то они будут прямым окном в царство квантовой гравитации.

В ожидании подтверждения того, что гравитация Эйнштейна-дилатона-Гаусса-Бонне может представлять собой действительный путь к квантовой гравитации, результаты, подобные представленным в данном исследовании, помогут физикам разработать достоверные сценарии эволюции черных дыр.