Сингулярности не существует? Физики разоблачают центр чёрной дыры

Сингулярность и горизонт событий — два понятия, без которых трудно представить классическую черную дыру. Но что, если они вовсе не обязательны?

Уже более ста лет физики рассматривают черные дыры через призму общей теории относительности. Согласно решению Карла Шварцшильда, в самом центре черной дыры — сингулярность, где масса сосредоточена в бесконечно малой точке. За горизонтом событий — область, из которой ничто не может выбраться, даже свет.

Однако такие экстремальные условия ставят под сомнение применимость теории Эйнштейна: что происходит с материей внутри, понять невозможно.

Новый взгляд на космических гигантов

Современные физики начинают сомневаться: может, сингулярности и горизонты событий — вовсе не обязательные компоненты? На международной конференции в Институте фундаментальной физики Вселенной (Италия, ноябрь 2024) обсуждались альтернативные модели черных дыр, и по ее итогам появился обзор, систематизирующий подходы к так называемым «несингулярным» черным дырам.

Ученые выделяют два типа таких объектов:

• Регулярные черные дыры (regular black holes) — сохраняют внешний облик классических, включая горизонт событий. Однако в центре вместо сингулярности — ядро с конечной плотностью или даже червоточина. Горизонт событий может быть временным или нестабильным.
• Имитаторы черных дыр (black hole mimickers) — лишены и горизонта событий, и сингулярности. Это гипотетические структуры вроде гравастаров или проходимых червоточин. Внешне они напоминают черные дыры, но внутреннее устройство у них совершенно иное.

Проблема верификации

Теория — это хорошо, но как доказать существование таких объектов? Пока что — никак. Даже снимки сверхмассивных черных дыр и данные о гравитационных волнах не позволяют однозначно отделить классическую модель от альтернатив.

Но надежда есть. Исследователи предлагают обращать внимание на эхосигналы в гравитационных волнах (особенно при слиянии объектов), а также изучать излучение вещества, падающего в центр: всплески, задержки, изменения поляризации света могут выдать «подделку».

«Регулярные черные дыры и имитаторы — это не просто абстракции. Это попытка по-новому взглянуть на гравитацию и материю в самых экстремальных условиях», — отмечают авторы исследования.

Без сингулярности, но с горизонтом

Существуют и такие модели, где сингулярность устраняется, а горизонт событий сохраняется. Один из примеров — работы физика Николая Горькавого. Он предлагает, что даже в рамках известных законов природы можно обойтись без бесконечно плотных точек.

Уточнения

Чёрная дыра́ - область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий.