Группа ученых из Университета Нагои в Японии представила инновационный метод, который может помочь выяснить, существует ли вокруг черных дыр скрытая материя или неизвестные физические явления. Исследователи полагают, что такие следы можно обнаружить, анализируя гравитационные волны — колебания пространства-времени, возникающие при столкновении и слиянии черных дыр. Данная работа была опубликована в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, черную дыру можно охарактеризовать всего несколькими основными параметрами: масса, скорость вращения и электрический заряд. Эта концепция известна как «теорема об отсутствии волос», которая предполагает, что черная дыра не имеет других внешних характеристик. Тем не менее, физики допускают возможность наличия дополнительной материи или проявления неизвестных эффектов рядом с черной дырой, которые пока невозможно зафиксировать напрямую. Ученые условно назвали такую гипотетическую структуру «скрытыми волосами».
Чтобы понять, как искать эти «волосы», команда исследователей под руководством Ариадны Ушке из Университета Нагои изучила теоретические модели черных дыр с небольшим количеством окружающей материи. Особое внимание уделили гравитационным волнам, возникающим после слияния двух черных дыр. После такого события пространство-время продолжает колебаться, а сигнал постепенно затухает. Этот процесс ученые называют «кольцеванием», проводя аналогию со звуком колокола после удара.
Для обычной черной дыры характеристики гравитационных волн должны определяться её массой, вращением и зарядом. Однако наличие дополнительной материи может изменить частоту волн и скорость их затухания. Исследователи обнаружили, что эти параметры изменяются неравномерно. Поэтому сопоставление частоты и скорости затухания сигнала может позволить определить, присутствует ли рядом с черной дырой скрытое вещество.
«Гравитационные волны при кольцевании могут не только свидетельствовать о том, что на черную дыру что-то влияет, но и предоставить подсказки о свойствах этой скрытой материи», — отметила ведущий автор исследования Ариадна Ушке.
Тем не менее, пока ученым не удалось обнаружить «волосы» у черных дыр. Работа японских ученых представляет собой теоретический метод поиска, который еще предстоит проверить на реальных наблюдениях гравитационных волн. Если удастся зарегистрировать соответствующие особенности после будущих слияний черных дыр, это может служить доказательством существования материи или физических эффектов, которые не учитываются в простой модели черной дыры.
