Черные дыры принято считать одними из самых неизменных объектов во Вселенной. Их гравитация настолько мощна, что поглощенная материя практически не имеет шанса вернуться обратно. Однако группа физиков-теоретиков из университета Авейру в Португалии обнаружила, что даже эти сверхплотные объекты могут распадаться — причем способом, который превосходит по странности сами черные дыры.
Исследователи изучили так называемые волосатые черные дыры — объекты, окруженные скалярным полем, которое можно представить как невидимую среду из частиц без спина. Это поле формирует вокруг дыры облако, составляющее значительную часть массы системы. Обычно такая материя падала бы внутрь, но резонансный механизм позволяет полю и горизонту черной дыры оставаться в равновесии.
Ранние расчеты показывали, что это равновесие стабильно, но они опирались на сферическую симметрию. Когда исследователи учли несферическую динамику и провели численное моделирование, выяснилось, что равновесие неустойчиво. Результаты привели к двум сценариям. Первый — поглощение: черная дыра втягивает скалярное поле и становится безволосой. Второй — деление, и здесь происходит нечто неожиданное.
Черная дыра и скалярная конфигурация удерживаются вместе за счет конкуренции между гравитационным притяжением и электромагнитным отталкиванием. В режиме деления симметричная конфигурация, при которой черная дыра находится точно в центре бозонной звезды, является неустойчивым равновесием.
Ученые сравнили это с мячом на вершине горы: малейший толчок сдвигает его с места. Так и в моделировании — крошечного возмущения хватало, чтобы черная дыра сместилась с центра и вышла за пределы поля. Поле сохраняло целостность и превращалось в бозонную звезду — гипотетический прозрачный объект без горизонта событий, а черная дыра уходила дальше безволосой. Исход зависит от плотности поля: компактные конфигурации ведут к поглощению, менее плотные — к делению.
Исследователи подчеркивают, что их модель скорее игрушечная, чем реалистичная. Механизм основан на электрическом заряде, тогда как астрофизические черные дыры имеют слабый суммарный заряд. Но ученые не исключают, что вращение может играть аналогичную роль в других моделях. Если правдоподобная версия этой нестабильности существует, она должна генерировать характерный сигнал гравитационных волн, отличающийся от сигналов при слиянии черных дыр. Исследование опубликовано в Physical Review D.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые вывели универсальное правило выброса джетов из черных дыр.