Японские ученые показали, как открывать «волосатые» черные дыры, используя гравитационные волны. Новый загадочный параметр, помимо спина и массы, может указывать на наличие вокруг черной дыры невидимой материи, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Согласно Общей теории относительности (ОТО), у черной дыры лишь три физические характеристики — момент импульса, электрический заряд и масса.
«Черная дыра не имеет волос», — так выразился по этому поводу автор термина «черная дыра», известный американский астрофизик Джон Уилер, подразумевая под «волосами» прочие характеристики.
Перед слиянием черные дыры заполняют пространство вокруг себя так называемыми гравитационными волнами, за экспериментальное подтверждение которых в 2017 году была присуждена Нобелевская премия по физике.
Сегодня на Земле интерферометры наподобие LIGO способны детектировать дошедшие до нас такие волны и по их характеристикам определять их параметры и способ образования. Расчеты показывают, что, если в момент слияния черных дыр рядом находилась материя, ее присутствие также должно наложить отпечаток на гравитационный «звон» от образовавшейся черной дыры.
Ученые из Нагойского университета предложили способ расшифровки этих сигналов в детектируемых гравитационных волнах на Земле. Они показали, что присутствие материи по-разному влияет на такие параметры волн как частота и скорость затухания. Эта разница, будучи проанализированной, может рассказать об окружавшей черную дыру материи.
Ariadna Uxue Palomino Ylla, Nagoya University
Авторы исследования показали, каким образом гравитационные волны несут в себе данные о «волосах» черной дыры и как будущие наблюдения помогут отделить обыкновенную черную дыру от дыры «с волосами».
Для этого они добавили небольшое количество материи к стандартным моделям черных дыр, и использовали уравнения Эйнштейна, чтобы показать, как присутствие материи влияет на характер гравитационных волн.
«Волосы черной дыры могут отражать присутствие материи вокруг нее или отклонения от простейшего типа черной дыры, предсказанного ОТО. Поскольку они способны слегка изменять затухающий сигнал, детектирование или исключение этих изменений может дать нам новый способ проверки теории гравитации в таких экстремальных областях», — пояснила автор работы Ариадна Илла.
Несмотря на то, что пока получены предварительные результаты, разработанный метод показывает, на какие особенности гравитационного сигнала надо обращать внимание ученым, если они увидят в нем что-то необычное. В будущем этот подход способен помочь в определении таких параметров черных дыр как размер и спин.