Астрономы опровергли известную гипотезу Керра о вращающихся черных дырах

Черная дыра — это то, что получается либо в результате «схлопывания» массивного звездного ядра (черная дыра звездной массы), либо от слияний тяжеловесных объектов (пары нейтронных звезд), а также последующего поглощения огромного количества вещества, включая другие черные дыры (сверхмассивные черные дыры в центрах галактик).

Во что превращается вся эта масса там, внутри, что происходит в черной дыре с самим пространством-временем: это астрофизики смело пытаются вычислить, понять математически. Опорой для большинства ученых служит Альберт Эйнштейн, который в своей Общей теории относительности объяснил, как именно Земля и остальные планеты водят хоровод вокруг Солнца, а Солнечная система в полном составе — вокруг черной дыры в центре нашей галактики (уточняем, конечно, что вращение идет вокруг общего центра притяжения, центра масс).

По Эйнштейну, все дело в том, что любое имеющее массу вещество искривляет ткань пространства-времени. И когда оно концентрируется в одном месте, в этом месте получается «воронка», в которую все утягивается, как в водоворот. Исходя из этого, астрофизики стараются как бы продолжить рисовать эту картину внутри так называемого горизонта событий — условной «поверхности» черной дыры.

В 1963 году новозеландский математик Рой Керр предложил свою версию. Он рассчитал физику вращающейся черной дыры, и это очень подходит к тому, что наблюдают в космосе: большинство звезд вращаются вокруг своей оси, а значит, по идее, с их коллапсирующими ядрами должно происходить то же самое. Да и в галактиках, как известно, все кружится. Кстати, недавно астрофизики подсчитали, что наша центральная галактическая черная дыра Стрелец А* вращается практически на пределе своих физических возможностей.

Но что должно происходить внутри? В черной дыре Керра горизонт событий — не единственный, не последний горизонт. Это лишь линия невозврата. Оттуда уже ничто не может вырваться, но пространство-время там до определенного предела еще существует. Есть даже подозрения, что человек мог бы уцелеть после ухода за горизонт событий Стрельца А*: по одним гипотезам, его бы разорвало не сразу, а по другим, он и вовсе остался бы целым.

Предполагается второй, внутренний горизонт черной дыры — так называемый горизонт Коши (термин ввели Пенроуз и Хокинг в 1966 году). Именно в его пределах находится сингулярность. По мнению ученых, для нас, удаленных наблюдателей, он выглядел бы как диск, лежащий в плоскости экватора черной дыры. Принято считать, что там пространство-время перестает существовать, по крайней мере, в том виде, в котором мы можем его понимать. Правда, в 2018 году математики Михалис Дафермос и Джонатан Люк заявили, что оно там есть, но «недостаточно гладко», чтобы в нем работали уравнения Эйнштейна.

Теперь новое исследование астрофизиков из Дании, Чехии, Италии и Новой Зеландии, похоже, ставит под сомнение всю концепцию Керра. Как объяснили они в своей статье для Physical Review Letters, внутренний горизонт черной дыры не может бесконечно накапливать в себе энергию: в какой-то момент должен достигаться некий предел, после которого черная дыра уже не может оставаться стабильной. По словам ученых, это значит, что «поедающие» вещество черные дыры не могут существовать очень долго. А это противоречит наблюдениям.

К примеру, в Кембриджском университете установили, что черная дыра в центре галактики М87 (та самая «впервые сфотографированная», хотя на деле была сфотографирована не она, а лишь ее «тень») — почти ровесница самой Вселенной: ей больше 13 миллиардов лет. А «сфотографировать» ее удалось только потому, что вокруг нее светится «поедаемое» ею вещество — так называемый аккреционный диск. По подсчетам, каждые десять лет в нее падает масса целого Солнца. За все время своего существования она смогла накопить массу более шести миллиардов Солнц.