Исследователи из Университета Саутгемптона в соавторстве с коллегами из университетов Кембриджа и Барселоны представили доказательства, что в теории черные дыры могут существовать в парах, поддерживаемых равновесием космологических сил. Эти пары могут эмулировать одиночные черные дыры.
Черные дыры — астрономические объекты с массой настолько великой, что их гравитация не позволяет ни свету, ни чему-либо другому покинуть их пространство. Они имеют колоссальную плотность, и масса Земли вполне могла бы поместиться в пространство размером с горошину.
Традиционные теории черных дыр, основанные на общей теории относительности Эйнштейна, обычно рассматривают их как статичные или вращающиеся объекты, существующие изолированно в пространстве. Парные черные дыры в конечном итоге под действием гравитации сближаются и сталкиваются.
Однако это предполагается при условии, что Вселенная находится в покое. А как если она постоянно расширяется? Могут ли пары черных дыр сосуществовать в равновесии в расширяющейся Вселенной, возможно, маскируясь под одиночные?
«Стандартная модель космологии предполагает, что Вселенная возникла в результате Большого Взрыва и примерно 9,8 миллиардов лет назад начала расширяться с ускорением под воздействием таинственной силы, называемой ‘темной энергией'», — пояснил профессор Оскар Диас из Университета Саутгемптона.
Космологическая константа, как загадочная сила, включена в объяснение Вселенной в рамках теории Эйнштейна. В такой Вселенной черные дыры оказываются погружены в расширяющийся космологический фон. Это изменяет теоретический ландшафт в отношении их взаимодействия и сосуществования.
Команда ученых представила сложные численные расчеты, показав, что две статичные (не вращающиеся) черные дыры могут оставаться в равновесии — их гравитационное притяжение компенсируется расширением, связанным с космологической константой. Даже в условиях постоянного расширения Вселенной черные дыры сохраняют определенное постоянное расстояние друг от друга. Гравитационная сила компенсирует попытки расширения разделить их.
«С точки зрения пары черных дыр, на расстоянии их взаимодействия в контексте космического расширения может восприниматься как одиночная черная дыра. Это может представить сложность в определении, это пара или одиночная черная дыра», — отметил профессор Диас.
Профессор Хорхе Сантос из Кембриджского университета добавил: «Наша теория подтверждена для статичных пар черных дыр, но мы считаем, что ее можно распространить и на вращающиеся пары. К тому же есть основания полагать, что наше решение применимо и к тройным или даже четверным системам черных дыр, открывая новые возможности».
Это исследование провели профессор Оскар Диас (Университет Саутгемптона), профессор Гэри Гиббонс (Кембриджский университет), профессор Хорхе Сантос (Кембриджский университет) и доктор Бенсон Уэй (Университет Барселоны). Их статья «Статические черные бинарные файлы в пространстве де Ситтера» опубликована в журнале Physical Review Letters и рассмотрена как статья Viewpoint.