Черные дыры — одни из самых загадочных объектов во Вселенной. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, в их центре должна находиться «сингулярность» — точка с бесконечно высокой плотностью, где законы физики перестают работать. Однако ученые под руководством Стефано Либерати из Международного института фундаментальной физики предложили альтернативные модели, в которых такой сингулярности нет. Работа опубликована в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP).
Уже в 1916 году Карл Шварцшильд нашел первое решение уравнений Эйнштейна, предсказывающее существование черных дыр. С тех пор физики спорят: существует ли сингулярность на самом деле или это всего лишь математическая абстракция? Если она реальна, значит, наша теория гравитации неполна и ломается в экстремальных условиях.
В последние десятилетия доказательства существования черных дыр накапливаются — от первой регистрации гравитационных волн в 2015 году до фотографий черных дыр в 2019 и 2022 годах. Однако ни одно из наблюдений не может заглянуть внутрь — к самой «проблемной» точке.
В своей новой работе ученые изучили три основные модели: стандартную черную дыру (с горизонтом событий и сингулярностью), «регулярную» черную дыру (где сингулярность устранена, но горизонт событий остается) и «имитатор» черной дыры — объект, похожий внешне, но не имеющий ни горизонта, ни сингулярности.
Хотя на первый взгляд такие объекты могут выглядеть одинаково, различия все же есть. Их можно попытаться обнаружить с помощью наблюдений: например, по характеру гравитационных волн или по поведению света, огибающего черную дыру. В будущем телескопы вроде Event Horizon Telescope смогут уловить тонкие детали, позволяющие различать эти модели. Возможно, на горизонте — прорыв в понимании самой природы гравитации.
«Мы только в начале пути», — отметил Либерати. — «Нас ждет эпоха больших открытий, которая может привести нас к созданию квантовой теории гравитации — мосту между общей теорией относительности и квантовой механикой».
