Ученые утверждают, что черные дыры имеют структуру, похожую на вихрь

Черная дыра — это огромный астрономический объект, чье гравитационное притяжение настолько сильно, что даже свет не может покинуть его. Несмотря на то, что черные дыры известны с 18 века, только в 2015 году их впервые удалось непосредственно наблюдать.

С тех пор был проведен ряд теоретических и экспериментальных исследований, чтобы лучше понять эти увлекательные космологические объекты. Было сделано множество теорий и открытий о динамике, свойствах и характеристиках черных дыр.

Недавно Ludwig-Maximilians-Universität и Max-Planck-Institut für Physik провели теоретическое исследование, изучающее возможность того, что черные дыры имеют вихри. Они предполагают, что черные дыры должны быть в состоянии поддерживать вихревые структуры в своей статье, опубликованной в Письма о физическом обзоре.

Флориан Кюнель, один из исследователей, проводивших исследование, рассказал Phys.org что была введена новая квантовая структура для черных дыр, основанная на конденсатах Бозе-Эйнштейна гравитонов. «Пока это исследование не было опубликовано, вращающиеся черные дыры не были хорошо изучены в рамках этой структуры. Однако они могут не только существовать, но и быть нормой, а не исключением, добавил Кюнель.

Основываясь на существующих физических теориях, Кюнель, Гия Двали и Майкл Зантедески провели несколько расчетов, в частности недавно разработанную квантовую модель гравитонных конденсатов Бозе-Эйнштейна для черных дыр. Чтобы определить, действительно ли вращающиеся черные дыры могут иметь вихревые структуры, они исследовали их на квантовом уровне.

Кюнель объяснил, что в результате интенсивных лабораторных исследований вращающиеся конденсаты Бозе-Эйнштейна могут иметь вихревые структуры, если они вращаются достаточно быстро. Исследование побудило ученых искать эти структуры и в моделях вращающихся черных дыр — и они это сделали.

Согласно Кюнелю и его коллегам, черную дыру с экстремальным вращением можно описать как завихренный гравитонный конденсат. Согласно предыдущим исследованиям, экстремальные черные дыры устойчивы к так называемому испарению Хокинга, типу излучения черного тела, которое, как считается, высвобождается за пределами горизонта событий черной дыры.

В результате исследователи обнаружили, что общий вихрь черной дыры улавливает магнитный поток калибровочного поля при наличии подвижных зарядов, что создает характерные излучения, которые можно наблюдать экспериментально. Таким образом, новые типы материи, такие как миллизарядная темная материя, могут наблюдаться на основе теоретических предсказаний команды.

«На классическом уровне (то есть, если закрыть глаза на квантовую структуру) черные дыры полностью характеризуются тремя сущностями: массой, спином и зарядом», — сказал Кюнель. «Учебники учили нас этому до сих пор. Мы показали, что необходимо учитывать завихренность».

По мнению команды, отсутствие излучения Хокинга можно объяснить наличием вихрей в черных дырах. Развивая эту теорию, в будущем можно будет сделать новые теоретические и экспериментальные выводы.

Наблюдения чрезвычайно сильных магнитных полей, исходящих от активных ядер галактик, можно объяснить вихревыми структурами черных дыр. Кроме того, они, вероятно, несут ответственность почти за все галактические магнитные поля, известные на сегодняшний день.

В свете того факта, что завихренность черных дыр — это только что созданная область, Кюнель подчеркнул важность решения широкого круга важных и интересных вопросов, таких как вопросы, связанные с приложениями, упомянутыми выше. Наблюдение с помощью гравитационных волн сливающихся черных дыр, содержащих вихри, каждая из которых содержит несколько вихрей, также может дать представление об этой новой физике.