Пушистый шар из невидимой паутины окутывает чёрную дыру. Эта паутина — тёмная материя, которая не светится, но своим весом управляет движением звёзд на окраинах галактик. Астрофизики давно видят такие «пушистые» облака вокруг космических объектов и рисуют их профили — как плотность падает от центра к краю. Теперь эти профили примерили на саму чёрную дыру, и оказалось, что они не просто висят снаружи, а прорастают внутрь, меняя её нутро.
В новой работе исследователи взяли готовые описания тёмных гало — например, семейства Эйнасто, Буркерта или псевдо-изотермическое — и подставили их в уравнения гравитации. Чтобы материя внутри не схлопнулась в точку с бесконечной плотностью, пришлось заменить обычный свет особой средой — нелинейной электродинамикой. В ней поля взаимодействуют сами с собой, как если бы световые лучи слегка цеплялись друг за друга, создавая упругую подушку. Эта подушка и не даёт пространству сжаться до нуля.
Самый прямой путь получился для магнитного поля: зная профиль плотности гало, учёные сразу выписали закон среды, который его создаёт. С электрическим полем пришлось повозиться — решение выводится шаг за шагом из уравнений, как если бы вы собирали механизм по деталям, не видя чертежа целиком. Главный результат: для всех гало с конечной плотностью в центре чёрная дыра автоматически получает гладкое ядро и на больших расстояниях ведёт себя как обычная, предсказанная ещё Шварцшильдом. Это связывает два мира — наблюдаемую астрономию тёмных гало и теорию регулярных чёрных дыр — в единую картину.
Профиль тёмного гало часто описывают законом, похожим на слоёный пирог: в середине плотность почти постоянна, а к краям спадает по строгому математическому рецепту, как горка песка, которую раздувает ветер.
В романе «Пламя над бездной» Вернора Винджа галактические зоны с разной физикой напоминают идею о том, что свойства пространства внутри чёрной дыры могут зависеть от окружающей тёмной материи.