Астрофізики розробили нову теоретичну модель, яка пояснює формування та еволюцію чорних дір. Концепція розв’язує протиріччя між загальною теорією відносності та квантовою механікою. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters.
Одна з найбільших загадок чорних дір – інформаційний парадокс, який виникає через суперечливі передбачення загальної теорії відносності і квантової механіки. Дослідники з канадського університету Нью-Брансвіка показали, що парадокс можна вирішити, якщо врахувати ефекти квантової гравітації. Астрофізики вважають, що, коли чорна діра вмирає, інформація, яку вона поглинула протягом життя, вивільняється у вигляді гравітаційної ударної хвилі.
Згідно з класичною загальною теорією відносності, вся матерія, з якої утворилася чорна діра, в кінцевому підсумку виявляється в її центрі (в точці сингулярності) і залишається там назавжди. Стівен Хокінг, навпаки, в одній зі своїх основних робіт показав, що чорні діри випромінюють енергію і повільно зникають.
Однак, як відзначають автори дослідження, його робота передбачає, що випромінюване чорними дірами випромінювання не містить всієї інформації про матерію, яка пішла на її формування. Виходить, що частина інформації втрачається безповоротно, що суперечить принципам квантової механіки.
“Ми вивчили проблему, використовуючи просту пилову матерію, яка не чинить тиску, тому що це найпростіший тип матерії. Її рух описується керованим рівнянням, яке можна вирішити на ноутбуці, – повідомив в інтерв’ю Phys.org Вікар Хусейн, співавтор дослідження. – Це рівняння являє собою модифіковану версію класичних рівнянь Ейнштейна, яка включає в себе фундаментальну дискретність простору на мікроскопічному рівні».
- «Хабл» виявив серед зірок несподівано складні молекули
- Камені і пил, доставлені Китаєм з Місяця, виявилися аномально молодими
Дослідники стежили за еволюцією хмари колапсуючих частинок пилу, поки воно не утворило чорну діру. Чисельний метод Годунова дозволив вченим навіть всередині області чорної діри вивчити рух матерії у напрямку до точки, де в класичному рішенні була б сингулярність.
Рівняння з поправкою на квантову гравітацію, виведене Хусейном і його колегами, вирішує проблему сингулярності більш динамічно, ніж класичні моделі. Зокрема, передбачається, що матерія падає в центр чорної діри, досягає великої, але кінцевої щільності, а потім відскакує назад, утворюючи ударну хвилю.
“Ефекти квантової гравітації важливі для ударної хвилі і дозволяють їй рухатися назовні всередині чорної діри, що неможливо при використанні класичних рівнянь. Водночас викривлення простору — часу стає великим, але ніколи не розходиться (як це відбувається в класичній теорії)”, – говорять автори дослідження
За допомогою методу Годунова дослідники також змогли розрахувати час життя чорної діри від її утворення до вимирання, коли з-за горизонту подій виходить ударна хвиля, і вона починає зникати. Розрахований в роботі час життя чорної діри набагато менше часу випаровування, передбаченого Хокінгом.
Це, як відзначають дослідники, говорить про те, що їх модель може допомогти вирішити проблему втрати інформації, але для її підтвердження будуть потрібні додаткові дослідження.