Черные дыры являются одними из самых таинственных объектов во Вселенной. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, в их центре располагается «сингулярность» — точка, обладающая бесконечно высокой плотностью, где физические законы перестают действовать. Тем не менее, группа ученых под руководством Стефано Либерати из Международного института фундаментальной физики предложила альтернативные модели, в которых сингулярности не существует. Исследование было опубликовано в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP).
Первое решение уравнений Эйнштейна, предсказывающее существование черных дыр, было найдено Карлом Шварцшильдом в 1916 году. С тех пор в научном сообществе продолжаются споры о том, существует ли сингулярность на самом деле или это всего лишь математическая абстракция. Если сингулярность реальна, это может свидетельствовать о неполноте нашей теории гравитации, которая теряет свою силу в экстремальных условиях.
За последние десятилетия накоплено множество доказательств существования черных дыр, начиная с первой регистрации гравитационных волн в 2015 году и заканчивая фотографиями черных дыр в 2019 и 2022 годах. Однако ни одно из этих наблюдений не может дать информацию о внутренней структуре черной дыры, особенно о самой проблемной точке.
В своей новой работе ученые исследовали три основные модели: стандартную черную дыру с горизонтом событий и сингулярностью, «регулярную» черную дыру, в которой сингулярность устранена, но горизонт событий сохранен, и «имитатор» черной дыры — объект, похожий на черную дыру, но не обладающий ни горизонтом событий, ни сингулярностью.
Несмотря на внешнее сходство, у этих объектов есть различия, которые можно будет выявить в ходе наблюдений: например, по характеру гравитационных волн или поведению света, проходящего мимо черной дыры. В будущем такие телескопы, как Event Horizon Telescope, смогут уловить тонкие детали, позволяющие различать эти модели. Это может привести к прорыву в понимании природы гравитации.
«Мы только начинаем наш путь», — отметил Либерати. — «Нас ожидает эпоха крупных открытий, которая может привести к созданию квантовой теории гравитации — связующего звена между общей теорией относительности и квантовой механикой».
Недавно ученые также раскрыли тайны одного из самых загадочных типов экзопланет.