Недавнее исследование, опубликованное в журнале Physical Review D, изучает теоретическую возможность фрагментации черной дыры на две части, что является обратным процессом слияния, который уже был зафиксирован детекторами гравитационных волн.
Исследователи из Южнодатского университета указывают, что такое разделение может быть физически осуществимо при очень специфических обстоятельствах, в частности, когда исходная черная дыра вращается близко к своему максимально допустимому пределу.
Авторы также рассмотрели потенциальные механизмы, которые могли бы инициировать такой процесс, включая спекуляции о том, как дополнительные измерения могут сделать это явление более правдоподобным.
Черные дыры определяются как области пространства, где гравитационное притяжение настолько интенсивно, что не позволяет даже свету вырваться. Хотя эти гравитационные «ямы» являются старыми концепциями в науке, их характеристики продолжают восхищать астрофизиков.
Наука уже знает о формировании этих объектов и о том, что они сливаются, образуя сверхмассивные черные дыры, которые также являются предметом изучения.
Однако возникает вопрос, возможно ли после слияния в одну большую черную дыру, что она снова может разделиться.
Исследование, проведенное Южнодатским университетом, выявило значительное препятствие для такого разделения. Черные дыры обладают характеристикой, называемой энтропией, которая измеряет уровень беспорядка системы, и в них она связана с площадью горизонта событий.
Согласно второму закону термодинамики, уменьшение энтропии во время возможного разделения черных дыр не может произойти спонтанно.
Преодолев этот барьер, ученые исследовали условия, которые могли бы обеспечить фрагментацию. Один из таких путей связан с вращением черной дыры. Анализируя модели черных дыр Керра, которые представляют объекты с вращательным движением, исследование показывает, что даже если расчеты энтропии допускают разделение в определенных случаях, другие физические условия могут заблокировать этот процесс.
Потенциальное исключение заключается в черных дырах, вращающихся очень близко к максимальному пределу вращения. Работа также рассматривала альтернативные сценарии, такие как нестабильность Грегори-Лафламма, связанная с моделями с дополнительными пространственными измерениями, и явление суперрадиации, способное индуцировать нестабильности во вращающихся черных дырах.
Кроме того, исследователи изучали альтернативные модели гравитации, в которых изменяются соотношения между массой, энтропией и горизонтом событий, благоприятствуя испусканию мелких фрагментов в этих условиях.
Несмотря на различные выдвинутые возможности, исследование не устанавливает доказательств того, что черные дыры действительно разделяются. Авторы подчеркивают, что любая фрагментация зависела бы от чрезвычайно специфических физических условий.
Профессор Франческо Саннино, один из руководителей исследования в Южнодатском университете, отметил, что пока невозможно присвоить точную вероятность разделения черной дыры, поскольку это зависит от того, как гравитация ведет себя вне теории Эйнштейна, и что они работают над количественной оценкой этого вопроса. Он добавил ожидание, что первичные черные дыры меньшего размера могут иметь большую склонность к разделению по сравнению с гораздо более крупными астрофизическими черными дырами.
