Старый дом. Фасад свежевыкрашен, лестница не скрипит. Красивая картинка. Но стоит внести тяжёлую мебель — и половицы проваливаются. Красота фасада ничего не говорит о прочности перекрытий.
Примерно так же обстоит дело с чёрными дырами без сингулярности. Десятилетиями физики рисовали их статичные портреты — с гладким, конечным центром вместо коллапса в точку. Такие «регулярные» чёрные дыры — как дом с идеальным фундаментом на бумаге. Но что будет, если в этот центр попадёт реальное вещество — пыль, газ, излучение? Авторы работы проверили не картинку, а саму теорию: способна ли она провести материю через центр, не породив сингулярность на ходу.
Они рассмотрели самый общий класс теорий гравитации второго порядка — те, где уравнения сохраняют энергию и не плодят лишних решений. В таких теориях, в сферической симметрии, всё описывается двумя функциями. И условие «прочности» оказалось на удивление простым: эти две функции должны менять знак по-разному при переходе через центр — одна остаётся собой, другая зеркалит. На языке массы, которую приписывают чёрной дыре, это значит, что масса обязана нечётно проходить через ноль в центре и убывать там кубически быстро, без точечного груза.
И тут начинается самое интересное. Исследователи приложили этот тест к трём известным моделям. Дыра Хейворда и решение Дымниковой — проходят. Их внутреннее устройство согласовано: статика и динамика не противоречат друг другу. А вот чёрная дыра Бардина — проваливается. Её красивый гладкий центр — лишь фасад. Теория, стоящая за ним, не вывозит простейшего движения вещества. Гладкость статичной картинки ничего не гарантирует.
Авторы не остановились на критике. Они показали, как строить целые семейства «прочных» теорий, и описали бесконечный класс допустимых моделей с ядром де Ситтера — тем самым, где центр напоминает раздувающуюся вселенную, а не точку. Это не гарантирует, что коллапс всегда закончится без сингулярности, но даёт необходимый фильтр. Прежде чем тратить годы на расчёты, можно за минуту проверить: пройдёт ли теория элементарный тест на прочность. Старый дом с красивым фасадом больше не обманет.
В центре регулярной чёрной дыры Хейворда плотность энергии конечна и сравнима с плотностью атомного ядра — примерно $10^{44}$ кг/м³. Это невообразимо много, но всё же не бесконечность.
В романе «Свет далёких звёзд» Грега Игана исследуются чёрные дыры с квантовым ядром, где материя не схлопывается в точку, а перерождается — прямо как в теориях с «прочным» центром.