Ученые из Университета Нагои в Японии предложили новый способ выяснить, скрывается ли вокруг черных дыр дополнительная материя или неизвестные физические явления. Исследователи считают, что обнаружить такие следы можно по гравитационным волнам — колебаниям пространства-времени, которые возникают при столкновении и слиянии черных дыр. Работа опубликована в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, черную дыру можно описать всего несколькими основными параметрами: массой, скоростью вращения и электрическим зарядом. Эта идея получила название «теорема об отсутствии волос»: предполагается, что у черной дыры нет других внешних характеристик. Однако физики допускают, что рядом с ней может находиться дополнительная материя или проявляться неизвестные эффекты, которые пока невозможно напрямую увидеть. Такую гипотетическую структуру ученые условно называют «скрытыми волосами».
Чтобы понять, как их искать, команда исследователей во главе с Ариадной Ушке из Университета Нагои изучила теоретические модели черных дыр с небольшим количеством окружающей материи. Особое внимание ученые уделили гравитационным волнам, возникающим после слияния двух черных дыр. После такого события пространство-время продолжает колебаться, а сигнал постепенно затухает. Этот этап называют «кольцеванием» — по аналогии со звуком колокола после удара.
Для обычной черной дыры характеристики такого сигнала должны определяться ее массой, вращением и зарядом. Однако присутствие дополнительной материи способно изменить частоту волн и скорость, с которой они затухают. Исследователи обнаружили, что эти параметры меняются неодинаково. Поэтому сопоставление частоты и скорости затухания сигнала потенциально позволит определить, есть ли рядом с черной дырой дополнительное вещество.
«Гравитационные волны при кольцевании могут не только показать, что на черную дыру что-то влияет, но и дать подсказки о свойствах этой скрытой материи», — заявила ведущий автор работы Ариадна Ушке.
При этом обнаружить «волосы» у черных дыр пока не удалось. Работа японских ученых представляет собой теоретический метод поиска, который еще предстоит проверить на реальных наблюдениях гравитационных волн. Если соответствующие особенности удастся зарегистрировать после будущих слияний черных дыр, это может стать свидетельством существования материи или физических эффектов, не учитываемых простой моделью черной дыры.
Ранее сообщалось, что загадочные красные точки из ранней Вселенной оказались парами черных дыр.