- 29,950
- 46
- 8 Ноя 2022
Новый метод покажет, скрывается ли возле горизонта необычная материя.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1400/788;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Физики из Университета Нагои предложили новый способ проверить одну из самых известных идей о чёрных дырах: действительно ли у них нет никаких «волос», то есть дополнительных свойств помимо массы и вращения. Метод ищет такие признаки в затухающем гравитационном сигнале после слияния чёрных дыр и потенциально позволяет отличить обычную чёрную дыру от объекта, окружённого необычной материей или подчиняющегося иной физике.
Согласно общей теории относительности, изолированная астрофизическая чёрная дыра после успокоения должна описываться практически только массой и угловым моментом. Электрический заряд формально тоже входит в классическое описание, однако у реальных астрофизических чёрных дыр значительный заряд быстро нейтрализуется. Такое представление известно как теорема об отсутствии волос.
Проверять теорему можно после столкновения двух чёрных дыр. Образовавшийся объект некоторое время колеблется и испускает гравитационные волны , амплитуда которых постепенно уменьшается. Такой этап называют ringdown, а сам сигнал напоминает затухающий звон колокола.
Для обычной вращающейся чёрной дыры частоты таких колебаний и скорость их затухания определяются массой и вращением. Дополнительная материя возле горизонта или отклонения от общей теории относительности способны немного изменить этот спектр. Проблема заключалась в том, что разные гипотетические виды «волос» воздействуют на сигнал по-разному, поэтому каждую модель приходилось рассматривать отдельно.
Авторы новой работы вывели более общий способ вычислять такие изменения. В математической модели дополнительные «волосы» представлены как небольшая добавка анизотропной материи к стандартным чёрным дырам Шварцшильда и Керра. Исследователи связали характеристики движения света около чёрной дыры с её квазинормальными модами, то есть характерными частотами затухающего гравитационного звона.
Расчёты показали важную особенность: дополнительная материя меняет частоту колебаний и скорость затухания не одинаково. Соотношение между двумя изменениями зависит от количества вещества и распределения давления вокруг чёрной дыры. По мнению авторов, характер такого сдвига может не только указать на присутствие «волос», но и дать информацию о свойствах породившей их материи.
Для вращающихся чёрных дыр появляется ещё один различимый эффект. Свет, движущийся по направлению вращения, и свет, движущийся против него, ведут себя по-разному. Расчёты показывают, что дополнительные структуры аналогичным образом по-разному меняют частоты и время затухания соответствующих режимов. Конкретная картина зависит от предполагаемого типа материи.
Подход проверили на трёх известных теоретических моделях и получили универсальные формулы, позволяющие рассчитывать отклонения от спектра чёрных дыр Шварцшильда и Керра. Подробная версия исследования впервые появилась в марте 2026 года, а к концу июля прошла несколько обновлений.
Пока речь идёт только о теоретическом инструменте. Исследователи не обнаружили «волосы» у реальной чёрной дыры и не нашли нарушения общей теории относительности. Напротив, самые точные современные наблюдения пока согласуются со стандартной моделью.
Хорошим примером стал сигнал GW250114 , зарегистрированный детекторами LIGO 14 января 2025 года. Сигнал оказался самым сильным гравитационно-волновым событием такого типа на момент анализа и позволил различить несколько компонентов послеслияния. Их частоты и время затухания совпали с предсказаниями для вращающейся чёрной дыры Керра в пределах точности измерений.
Новый метод предназначен прежде всего для будущих наблюдений, когда детекторы смогут измерять ringdown значительно точнее. Если частоты и затухание когда-нибудь начнут систематически расходиться с расчётами для обычной чёрной дыры, предложенные формулы помогут определить, связано ли расхождение с окружающей материей, дополнительной структурой возле горизонта или возможным отклонением от общей теории относительности.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1400/788;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Физики из Университета Нагои предложили новый способ проверить одну из самых известных идей о чёрных дырах: действительно ли у них нет никаких «волос», то есть дополнительных свойств помимо массы и вращения. Метод ищет такие признаки в затухающем гравитационном сигнале после слияния чёрных дыр и потенциально позволяет отличить обычную чёрную дыру от объекта, окружённого необычной материей или подчиняющегося иной физике.
Согласно общей теории относительности, изолированная астрофизическая чёрная дыра после успокоения должна описываться практически только массой и угловым моментом. Электрический заряд формально тоже входит в классическое описание, однако у реальных астрофизических чёрных дыр значительный заряд быстро нейтрализуется. Такое представление известно как теорема об отсутствии волос.
Проверять теорему можно после столкновения двух чёрных дыр. Образовавшийся объект некоторое время колеблется и испускает гравитационные волны , амплитуда которых постепенно уменьшается. Такой этап называют ringdown, а сам сигнал напоминает затухающий звон колокола.
Для обычной вращающейся чёрной дыры частоты таких колебаний и скорость их затухания определяются массой и вращением. Дополнительная материя возле горизонта или отклонения от общей теории относительности способны немного изменить этот спектр. Проблема заключалась в том, что разные гипотетические виды «волос» воздействуют на сигнал по-разному, поэтому каждую модель приходилось рассматривать отдельно.
Авторы новой работы вывели более общий способ вычислять такие изменения. В математической модели дополнительные «волосы» представлены как небольшая добавка анизотропной материи к стандартным чёрным дырам Шварцшильда и Керра. Исследователи связали характеристики движения света около чёрной дыры с её квазинормальными модами, то есть характерными частотами затухающего гравитационного звона.
Расчёты показали важную особенность: дополнительная материя меняет частоту колебаний и скорость затухания не одинаково. Соотношение между двумя изменениями зависит от количества вещества и распределения давления вокруг чёрной дыры. По мнению авторов, характер такого сдвига может не только указать на присутствие «волос», но и дать информацию о свойствах породившей их материи.
Для вращающихся чёрных дыр появляется ещё один различимый эффект. Свет, движущийся по направлению вращения, и свет, движущийся против него, ведут себя по-разному. Расчёты показывают, что дополнительные структуры аналогичным образом по-разному меняют частоты и время затухания соответствующих режимов. Конкретная картина зависит от предполагаемого типа материи.
Подход проверили на трёх известных теоретических моделях и получили универсальные формулы, позволяющие рассчитывать отклонения от спектра чёрных дыр Шварцшильда и Керра. Подробная версия исследования впервые появилась в марте 2026 года, а к концу июля прошла несколько обновлений.
Пока речь идёт только о теоретическом инструменте. Исследователи не обнаружили «волосы» у реальной чёрной дыры и не нашли нарушения общей теории относительности. Напротив, самые точные современные наблюдения пока согласуются со стандартной моделью.
Хорошим примером стал сигнал GW250114 , зарегистрированный детекторами LIGO 14 января 2025 года. Сигнал оказался самым сильным гравитационно-волновым событием такого типа на момент анализа и позволил различить несколько компонентов послеслияния. Их частоты и время затухания совпали с предсказаниями для вращающейся чёрной дыры Керра в пределах точности измерений.
Новый метод предназначен прежде всего для будущих наблюдений, когда детекторы смогут измерять ringdown значительно точнее. Если частоты и затухание когда-нибудь начнут систематически расходиться с расчётами для обычной чёрной дыры, предложенные формулы помогут определить, связано ли расхождение с окружающей материей, дополнительной структурой возле горизонта или возможным отклонением от общей теории относительности.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
