Ученые получили новые сведения о необычных свойствах черных дыр

Черные дыры – чрезвычайно компактные объекты

Черные дыры окружены множеством тайн, но недавно исследователи из Института Нильса Бора в числе многих других своих достижений разработали новые теории, которые могут объяснить некоторые свойства черных дыр. Исследование показывает, что у черных дыр есть свойства, напоминающие динамику и твердых частиц, и жидкостей одновременно. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Physical Review Letters.

Черные дыры – чрезвычайно компактные объекты. Они настолько компактны, что производят невероятно сильную гравитацию, и все, что к ним приближается, очень быстро поглощается, не оставляя никаких следов. Даже свет не способен избежать этой участи: свет, который приближается к черной дыре, будет не отражен, а полностью поглощен, поэтому черные дыры невозможно обнаружить.

«Но черные дыры не абсолютно черные, так как нам известно, что они испускают радиацию, и есть признаки того, что эта радиация тепловая, то есть у черных дыр есть температура», – объясняет преподаватель теоретической физики элементарных частиц и космологии в Институте Нильса Бора в Университете Копенгагена Нильс Оберс.

Множество измерений

Знание ученых о черных дырах не ушло значительно дальше того, что они очень компактны: они по-прежнему не могут достоверно понять их квантовые свойства. Нильс Оберс работает с теоретическим моделированием, чтобы лучше понять физику черных дыр. Он объясняет, что можно смотреть на черную дыру с точки зрения частицы. У частицы в принципе нет измерений. Это – точка. Если дать частице дополнительное измерение, она становится струной. Если дать дополнительное измерение струне, она становится плоскостью. Физики называют такую плоскость «брана» (от «мембрана» из биологии).

«В теории струн у вас могут быть разные браны, включая плоскости, которые ведут себя как черные дыры, которые мы называем «черные браны». Черные браны тепловые, то есть они имеют температуру и являются динамическими объектами. Когда черные браны укладываются в несколько измерений, их называют «черными свертками», – объясняет Нильс Оберс.

Нильс Оберс и два его сотрудника, Джей Армас и Джэйкоб Гэт, недавно достигли значительных результатов в описании физики черных дыр, основываясь на теориях черных бран и черных свертков.

«Черные браны – гидродинамические объекты, это означает, что у них есть свойства жидкости. Недавно мы обнаружили, что у черных бран также есть свойства, которые могут быть объяснены с точки зрения твердых частиц. Оказывается, они могут вести себя как упругий материал», – говорит Джей Армас.

В теоретической физике можно рассматривать различные плоскости, которые ведут себя как черные дыры; их называют «черные браны». Когда черные браны складываются во множестве измерений, они формируют черные свертки, которые демонстрируют необычные отношения между силой тяжести, жидкой механикой и физикой твердого состояния. Фото с сайта mereterasmussen.com

Он объясняет, что когда черные браны сгибаются и складываются в черные свертки, создается так называемый пьезоэлектрический эффект: под воздействием механического напряжения возникает электрический ток. Это можно понять так, что малоизогнутая и заряженная черная струна имеет большую концентрацию электрического заряда на внутренней стороне относительно удаленной от нее внешней стороны. Это производит два электрически заряженных полюса на черных струнах.

Появление пьезоэлектрического эффекта означает, что в черных дырах имеют место совершенно удивительные отношения между силой тяжести с одой стороны и жидкой механикой и физикой твердого состояния с другой.

«Благодаря этим новым теориям мы надеемся объяснить другие явления, происходящие в черных дырах, и лучше понять физические свойства нейтронных звезд. Я, в свою очередь, рассчитываю, что мы сможем улучшить наше понимание теории частиц, что позволит нам еще на шаг приблизиться к истинной организации Вселенной», – говорит Нильс Оберс.