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.
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.