Физики описывают создание черных дыр посредством чистой гравитации
Традиционные черные дыры, предсказанные общей теорией относительности Альберта Эйнштейна, содержат сингулярности — точки, где законы физики перестают работать. Разрешение проблемы сингулярностей в контексте квантовой гравитации остается одной из ключевых задач теоретической физики.
Группа исследователей из Института космических наук Барселонского университета (ICCUB) предложила новую модель, которая описывает формирование обычных черных дыр без необходимости привлечения экзотической материи, что ранее требовалось в некоторых теориях. Это открытие, опубликованное в журнале Physics Letters B, может значительно углубить наше понимание квантовой гравитации и структуры пространства-времени.
Экзотическая материя, которая часто используется в теоретических моделях для объяснения таких явлений, как кротовые норы или сверхсветовые перемещения, обладает свойствами, не встречающимися в обычной материи, например, отрицательной плотностью энергии. Однако ее существование в природе не подтверждено.
Новое исследование демонстрирует, что бесконечная серия гравитационных поправок более высокого порядка может устранить сингулярности, что приводит к образованию обычных черных дыр. При этом модель не требует экзотической материи, полагаясь исключительно на гравитационные эффекты. Это существенно упрощает условия, необходимые для существования таких объектов.
Исследователи подчеркивают, что их подход основан на модифицированных уравнениях Эйнштейна, которые естественным образом вытекают из квантовой гравитации. Это делает модель более универсальной и применимой к пространствам-временам с пятью и более измерениями. Хотя рассмотрение высших измерений изначально было продиктовано техническими соображениями для упрощения математических расчетов, авторы утверждают, что их выводы могут быть экстраполированы и на четырехмерное пространство-время, в котором мы живем.
Одним из ключевых аспектов исследования является термодинамическая согласованность предложенной модели. Обычные черные дыры, описанные в работе, соответствуют первому закону термодинамики, что добавляет достоверности результатам. Это открывает новые возможности для изучения термодинамики черных дыр в универсальном и однозначном контексте.
В будущем исследователи планируют расширить свою работу на четырехмерное пространство-время и изучить последствия своих открытий в различных астрофизических сценариях. Они также намерены исследовать стабильность таких черных дыр и возможные наблюдательные сигналы, которые могли бы подтвердить их существование.
По словам ученых, их модель не только предсказывает черные дыры без сингулярностей, но и помогает понять, как формируются эти объекты и что происходит с материей, попадающей в черную дыру. Это направление исследований обещает значительные научные прорывы в ближайшие годы.