Двойные чёрные дыры стабильнее, чем предполагалось. Новое исследование показывает, что действие тёмной энергии и расширение Вселенной помогают чёрным дырам поддерживать безопасное расстояние в парах
Двойные чёрные дыры могут быть более устойчивыми, чем ранее предполагали учёные — благодаря действию тёмной энергии, ускоряющей расширение Вселенной и помогающей чёрным дырам в двойных системах поддерживать безопасное расстояние.
Чёрные дыры — это области пространства вокруг бесконечно плотной «сингулярности», возникающие вследствие коллапса массивной звёзды. С массами многократно превосходящими массу Солнца, сжатыми во всего около 16 километров, чёрные дыры обладают такой сильной гравитацией, что даже свет не может покинуть границу вокруг них, называемую горизонтом событий. Так же, как и массивные звёзды часто находятся в парах, обращающихся друг вокруг друга, чёрные дыры могут существовать в виде бинарных систем.
По мере движения этих чёрных дыр они создают гравитационные волны – волны в структуре пространства-времени, эти волны уносят с собой момент импульса из системы. Это приводит к тому, что чёрные дыры приближаются друг к другу по спирали, и в конце концов сила притяжения берёт верх, приводя к их слиянию в одну более массивную чёрную дыру. До этого учёные считали, что этот процесс неизбежен, что все двойные чёрные дыры сливаются.
Это верно в статической Вселенной. Однако с начала XX века, после открытия Эдвина Хаббла, что галактики быстро отдаляются друг от друга, учёные знают, что Вселенная расширяется. Кроме того, в конце XX века астрономы обнаружили, что это расширение на самом деле ускоряется, и вызвано тёмной энергией.
Иллюстрация двойной чёрной дыры. Источник: Northwestern Visualization
Тёмная энергия составляет до 68% энергии и вещества Вселенной, хотя учёные до сих пор не имеют полной ясности о том, что именно это такое.
«Стандартная модель космологии предполагает, что Вселенная возникла в результате Большого взрыва и что примерно 9,8 миллиардов лет назад над ней стала доминировать таинственная сила, получившая название «тёмная энергия», которая ускоряет Вселенную с постоянной скоростью», — аргументирует профессор Оскар Диас из Саутгемптонского университета, главный автор нового исследования.
Воздействие тёмной энергии означает, что чёрные дыры находятся в расширяющемся пространственно-временном поле. Учёные задались вопросом: может ли это расширение пространства-времени помочь чёрным дырам оставаться на безопасном расстоянии друг от друга. Они решили эту проблему с помощью математических моделей и обнаружили, что две чёрные дыры действительно могут существовать в равновесии, когда гравитационное притяжение между ними компенсируется расширением.
«С точки зрения наблюдателя, пара чёрных дыр, притяжение между которыми компенсируется расширением, будет выглядеть как одна чёрная дыра. Будет трудно определить — это одна чёрная дыра или пара», — добавил Диас.
Одновременно с этим, гравитационное притяжение между двойными чёрными дырами не позволит расширению Вселенной отдалить их друг от друга. Исследователи считают, что их решение может быть применимо и к вращающимся чёрным дырам, известными как «чёрные дыры Керра», и даже к более экзотическим системам чёрных дыр с большим числом объектов.
«Наша теория проверена на паре статических чёрных дыр, но мы считаем, что она может быть применима и к вращающимся. К тому же, кажется, реальным, что наше решение верно и для трёх или даже четырёх чёрных дыр, открывая целый спектр возможностей», — добавил соавтор исследования Хорхе Сантос из Университета Кембриджа в Англии.
