Черные дыры представляют собой одни из самых удивительных объектов во Вселенной. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, в их центре должна находиться так называемая «сингулярность» — точка с бесконечной плотностью, где действуют другие законы физики. Тем не менее, исследователи под руководством Стефано Либерати из Международного института фундаментальной физики предложили альтернативные модели, в которых отсутствует такая сингулярность. Результаты их работы были опубликованы в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP).
Первые решения уравнений Эйнштейна, предсказывающие существование черных дыр, были найдены Карлом Шварцшильдом еще в 1916 году. С тех пор ведутся споры о том, действительно ли существует сингулярность или это лишь математическое понятие. Если сингулярность реальна, это ставит под сомнение целостность нашей теории гравитации в экстремальных условиях.
За последние несколько десятилетий накопилось множество доказательств существования черных дыр — от первой регистрации гравитационных волн в 2015 году до фотографий черных дыр в 2019 и 2022 годах. Однако ни одно из наблюдений не позволяет заглянуть внутрь черной дыры, к самой «проблемной» точке.
В своей новой работе ученые изучили три основных типа моделей: стандартную черную дыру (с горизонтом событий и сингулярностью), «регулярную» черную дыру (где сингулярность устранена, но горизонт событий остается) и «имитатор» черной дыры — объект, который выглядит как черная дыра, но не имеет ни горизонта, ни сингулярности.
Хотя на первый взгляд эти объекты могут казаться схожими, их отличия все же имеют значение. Эти различия можно будет выявить с помощью наблюдений, например, по характеру гравитационных волн или по поведению света, проходящего вблизи черной дыры. В будущем телескопы, подобные Event Horizon Telescope, смогут выявить тонкие детали, которые помогут различить эти модели. Это может стать прорывом в нашем понимании природы гравитации.
«Мы только в начале нашего пути», — отметил Либерати. — «Нас ждет эпоха значительных открытий, которая может привести к созданию квантовой теории гравитации — мосту между общей теорией относительности и квантовой механикой».
Кроме того, ученые недавно раскрыли загадки одного из самых загадочных типов экзопланет.