Черные дыры без сингулярности: почти не отличить экспресс
Обычная черная дыра в центре скрывает сингулярность — точку, где плотность и кривизна становятся бесконечными, а законы физики перестают работать. Авторы новой работы построили модель вращающейся черной дыры, у которой внутри вместо сингулярности — спокойное «ядро», похожее на обычное плоское пространство. При этом снаружи у нее два горизонта событий, как у классических решений.
Для этого они использовали метод гравитационного расщепления (математический прием, позволяющий «добавлять» новую физику к известным решениям уравнений Эйнштейна). Получилась простая для расчетов геометрия, которая остается регулярной везде — никаких бесконечностей. Затем ученые проверили, как такая дыра будет выглядеть для далекого наблюдателя: рассчитали ее тень и построили изображения тонкого аккреционного диска (вращающегося газа, который светится перед падением в дыру).
Результат оказался неожиданным. Хотя внутреннее устройство такой регулярной дыры радикально отличается от сингулярной, ее оптические подписи — тень и картинка диска — остаются поразительно близкими к тому, что дают стандартные дыры Шварцшильда (без вращения) и Керра (с вращением) с теми же массой и моментом. Различия настолько малы, что нынешние телескопы, включая Event Horizon Telescope, их просто не заметят.
Это ставит перед астрофизикой серьезный вызов. Мы привыкли думать, что тень черной дыры может рассказать о геометрии пространства-времени вблизи горизонта. Но работа показывает: две совершенно разные внутренние структуры способны отбрасывать почти одинаковую тень. Чтобы заглянуть глубже, понадобятся наблюдения следующего поколения — возможно, анализ гравитационных волн или более детальные спектры аккреционных дисков.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2607.10713
We construct a new family of asymptotically flat static and rotating regular black holes characterized by a Minkowskian core and a finite two-horizon structure. The solutions are obtained within the framework of gravitational decoupling and provide an analytically tractable realization of non-singular black hole geometries with a regular interior and well-defined asymptotic properties. We investigate the optical appearance of the rotating spacetime through shadow observables and ray-traced images of geometrically thin, optically thin accretion disks. Despite the substantial differences between the interior geometry of these solutions and that of singular black holes, their optical signatures are found to remain remarkably close to those of Schwarzschild and Kerr spacetimes with the same asymptotic parameters. Our results show that markedly different black hole interiors may lead to nearly indistinguishable optical appearances, highlighting the challenges of probing the internal structure of compact objects using current shadow and imaging observations.
Первое в истории изображение тени черной дыры в центре галактики M87 было получено в 2019 году — и оно совпало с предсказаниями для классической дыры Керра, хотя ее внутреннее устройство до сих пор неизвестно.
В фильме «Интерстеллар» герои путешествуют сквозь кротовую нору возле сверхмассивной черной дыры Гаргантюа — ее визуализация основана на расчетах для керровской дыры с аккреционным диском, но без сингулярности внутри.