Черные дыры без сингулярности: почему новая модель может изменить астрофизику
Несколько дней назад я писал о моделях черных дыр без сингулярности, в частности о модели Хейворда. С момента ее появления в 2006 году было предложено несколько ее модификаций, включая вращающуюся версию, аналогичную метрике Керра, которую используют для изучения сверхмассивных черных дыр, наблюдаемых нами напрямую. Это поднимает интригующий вопрос: что, если использовать вращающуюся модель Хейворда вместо стандартной модели Керра? Недавнее исследование дает ответ.
Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv.
Извне метрика черных дыр Хейворда практически неотличима от стандартной метрики Шварцшильда. Обе являются решениями уравнений Эйнштейна. Единственное различие в том, что решение Хейворда накладывает дополнительное ограничение — отсутствие сингулярности, что избавляет от ряда проблем, связанных с сингулярностями и горизонтами событий.
Для внешних регионов, которые мы можем наблюдать, две модели настолько похожи, что может показаться бессмысленным использовать одну вместо другой. Однако эта новейшая работа демонстрирует, что у модели Хейворда могут быть определенные преимущества.
Статистическое моделирование против фундаментальной физики
В своем исследовании команда начала с вращающейся метрики Хейворда и добавила к ней статистическое моделирование случайного плазменного поля. Это похоже на то, как аниматоры в фильмах и видеоиграх используют симуляцию ряби для создания волн на воде, вместо того чтобы вычислять реальную гидродинамику жидкости. Результат выглядит правдоподобно, но вычислить его гораздо проще. В своей модели команда симулировала мерцание света, излучаемого аккреционным диском вблизи черной дыры.
Для стандартных моделей черных дыр этот подход практически ничего не дает. Случайные мерцания просто смешиваются на том уровне, который мы можем наблюдать, поэтому он не очень полезен для изучения динамики сверхмассивных черных дыр. Но авторы обнаружили, что для моделей Хейворда это не так. Без сингулярности модели Хейворда обладают небольшой динамической изменчивостью, и случайные мерцания взаимодействуют с ней.
Объясняя загадки M87*
Например, одним из явлений, наблюдавшимся у сверхмассивной черной дыры M87*, являются довольно резкие смещения магнитного поля в ее аккреционном диске. Мы до сих пор не до конца понимаем, как это происходит, а компьютерное моделирование с использованием стандартной метрики очень чувствительно к начальным условиям. Однако в модели Хейворда это смещение магнитного поля возникает естественным образом. Другими словами, этот новый подход лучше симулирует то, что мы наблюдаем в реальности.
Важно подчеркнуть, что этот новый подход не раскрывает фундаментальную физику, стоящую за этими смещениями магнитного поля. Но это не обязательно является проблемой. Так же, как мы можем моделить такие явления, как трение, без моделирования атомных взаимодействий двух поверхностей, этот новый подход может помочь нам понять общую динамику черных дыр.
Что это значит для будущего астрофизики?
Таким образом, оказывается, что модели черных дыр без сингулярности все же имеют практический смысл. Они не просто избавляются от гипотетической сингулярности — они предлагают более удобный и, возможно, более точный инструмент для описания и предсказания наблюдаемых явлений.
Это открытие заставляет задуматься о более фундаментальном вопросе: насколько наши лучшие теории соответствуют реальности? Модель Хейворда, будучи математически непротиворечивой и лучше симулирующей наблюдения, бросает вызов догме о неизбежности сингулярности. Возможно, сама Общая теория относительности, будучи неполной, намекает нам таким образом на необходимость квантовой теории гравитации.
Или же природа действительно устроена так, что сингулярностей не существует в принципе, и черные дыры являются не бездонными провалами в пространстве-времени, а какими-то иными, еще не познанными объектами. Работа с такими моделями — это не просто математическое упражнение; это шаг к пониманию того, какие из наших фундаментальных физических интуиций верны, а какие требуют пересмотра.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
