Две черные дыры могут сталкиваться и сливаться в одну. Но возможно ли обратное — чтобы одна черная дыра раскололась на две меньшие? Этому вопросу посвящено новое теоретическое исследование, опубликованное в научном журнале Physical Review D.
«В нашей работе мы исследуем, какие физические законы обычно препятствуют разделению чёрной дыры на две, а также изучаем, могут ли определенные обстоятельства позволить этому произойти», — говорит соавтор Франческо Саннино, профессор физики Неаполитанского университета имени Фридриха II и Центра квантовой теории поля Университета Южной Дании.
Одно из главных препятствий — термодинамика. Черная дыра обладает энтропией — мерой того, сколькими микроскопическими способами можно устроить систему так, чтобы снаружи она выглядела одинаково. Для обычной невращающейся чёрной дыры разделение на две меньшие уменьшило бы общую энтропию, что делает процесс термодинамически невыгодным.
Однако с быстро вращающимися черными дырами ситуация может отличаться.
Расчеты команды показали, что быстро вращающиеся чёрные дыры дают возможную лазейку для раскола. Но две образовавшиеся дыры должны еще и суметь разойтись, а не сразу упасть обратно друг на друга.
«Когда мы включаем это требование, окно возможностей в значительной степени закрывается — за исключением, возможно, черных дыр, вращающихся близко к максимально возможной скорости», — говорит Саннино.
Если бы такой раскол произошел, внешняя граница черной дыры — горизонт событий — образовала бы во времени форму, похожую на штаны: одна секция разделяется на две «штанины». Отсюда и необычный термин в названии исследования — «топологии пары штанов».
Авторы также рассмотрели более экзотические сценарии. В теориях с дополнительными измерениями пространства физикам уже известны объекты, похожие на черные дыры, которые могут становиться нестабильными и начинать распадаться. При некоторых условиях разделение становится термодинамически выгодным — особенно когда одна из образующихся дыр намного меньше другой. Но это всё ещё не доказывает, что фрагментация действительно произойдет.
«Мы пока не можем дать единую вероятность того, что черная дыра расколется. Это зависит от того, как ведет себя гравитация за пределами теории Эйнштейна, и мы работаем над количественной оценкой. Мы ожидаем, что небольшие первичные чёрные дыры более склонны к разделению, чем крупные астрофизические. Обнаружить раскол можно косвенно: гамма-телескопы вроде Fermi-LAT могут искать сигналы от крошечных фрагментов черных дыр, которые могут образовываться при слияниях», — заключает Саннино.
Ранее сообщалось, что черная дыра способна «выплюнуть» саму себя.