Как разделить чёрную дыру на части и стоит ли это делать?

Второе начало термодинамики чёрных дыр запрещает уменьшение поверхности чёрной дыры (ЧД). Любое разбиение ЧД на меньшие по размеру эту поверхность уменьшит, что запрещает вышеупомянутое начало.

Математически всё это сводится к тому, что если А > 0, B > 0 и А + B = С, то А² + В² ≥ С² не имеет решений (как всегда, словосочетание «не имеет решений» не стоит понимать буквально, но в физических целях так оно и есть).

В общем-то, примерно так же дело обстоит и геометрически: если есть три угла, причём третий — сумма двух первых, то треугольник с любым из углов, превышающим 90˚, не выстроится (уточним: нормальный треугольник, а не вырожденный).

Даже в самом неплодовитом случае, столкновение двух ЧД равной массы может (?) закончиться рождением трёх ЧД. О «самом плодовитом варианте» лучше даже не задумываться. (Иллюстрация Johannes Koelman.)

Однако голландский физик Йоханесс Коэльман (Johannes Koelman) полагает, что можно попробовать разбить ЧД, если вовлечь в этот процесс другую ЧД. Кстати, вариант не слишком теоретический, скорее крайне жизненный и практический: столкновения ЧД должны происходить весьма часто. Именно такая судьба, как считается, ждёт и нашу сверхмассивную ЧД Стрелец А* через несколько миллиардов лет, когда Млечный Путь встретится с галактикой Туманность Андромеды.

Исследователь сосредоточился на таких столкновениях, в ходе которых не продуцируется и не теряется энтропия — чтобы избежать возможных дальнейших проблем с термодинамикой.

Тогда вырисовывается совсем иная картина:

С₁ + C₂ = A₁ + A₂ + ... A_n

С²₁ + C²₂ = A²₁ + A²₂ + ... A²_n

С₁ и C₂ здесь — массы изначальных сталкивающихся ЧД, а A₁ + A₂ + ... A_n — массы образующихся при этом столкновении новых ЧД. Легко видеть, что решений здесь может быть не просто много, а весьма много. Среди них есть и тривиальные (1, 1; 1, 1) и нетривиальные, из которых даже наименьшее (3, 3; 4, 1, 1) подразумевает, что две ЧД с условными массами 3 и 3 порождают при столкновении три ЧД массой 4, 1 и 1.

Разумеется, на деле таких возможностей больше (13, 13; 16, 9, 1), (21, 21; 25, 16, 1), и в принципе любой может продолжить этот ряд очень далеко.

Но это всё ещё цветочки: фактически две ЧД неравной массы могут распадаться на четыре новые ЧД: (6, 4; 7, 1, 1, 1), (10, 5; 11, 1, 1, 1, 1) и так далее. На деле количество результирующих ЧД должно быть почти бесконечно. С двумя ЧД равной массы ситуация сходная: (1, 1; 1, 1), (3, 3; 4, 1, 1), (9, 9; 12, 4, 1, 1) и так, как в «Казачьей раздумчивой», «пока степь не кончится». Что интересно, в последнем сценарии не менее 29,3% всей массы двух исходных ЧД превращается в огромное количество весьма маломассивных ЧД.

Как все эти, на первый взгляд, досужие рассуждения голландского физика расценивать? Без сомнения, есть только один правильный ответ. Да, это провокация. Более важен другой вопрос: является ли это математическими или физическими возможностями, иными словами, нет ли каких-то конкретных физических механизмов, которые препятствуют такому, мягко говоря, катастрофическому сценарию? Ведь если таких сдерживающих механизмов нет, то и недавнее столкновение Млечного Пути с карликовой галактикой и будущее столкновение его же Туманностью Андромеды должны привести к рождению неисчислимого количества ЧД, с не вполне приятными последствиями для Галактики в целом. Кроме того, учитывая предполагаемое количество таких столкновений в истории Вселенной, число малых (чуть ли не бесконечно малых) ЧД, образовавшихся за последние 12 млрд лет, должно быть невероятно большим. Скажем, оно запросто может превышать количество звёзд во Вселенной, и это ещё сдержанная оценка.

Сейчас считается, что при столкновении ЧД могут только сливаться. Если расчёты г-на Коэльмана верны, то даже если масса крупнейшей результирующей ЧД и растёт, попутно образуется множество мелких ЧД. (Илл. VU.)

Сам Йоханесс Коэльман называет событие, которое последует после столкновения СМЧД в центре нашей Галактики и Туманности Андромеды, «душем из чёрных дыр», и он, возможно, прав. Стоит только добавить, что рождённые в таком столкновении дыры могут приобрести значительную скорость и «разлететься» не только по ядру будущей Млекомеды, но и практически на всю грядущую галактику.

Впрочем, здесь есть и другой небезынтересный момент. Если такие «души» могут случиться, то они случались миллиарды раз в истории Вселенной. Значит, она теоретически наводнена малыми ЧД, часть из которых (меньше определённой массы) со временем испарится и взорвётся, а часть, несомненно, по массе очень значительная (в принципе, больше массы всех звёзд в целом), всё ещё существует. Но где они, все эти нестройные бесчисленные колонны ЧД? Почему наши наблюдения не показывают такой картины?

На деле все вышеперечисленные вопросы это лишь верхушка айсберга. Ибо если подход г-на Коэльмана верен, то мы смотрим на Вселенную слегка не под тем углом (одна эволюция ЧД и квазаров чего стоит...). Кстати, он обещает в ближайшее время рассмотреть физическую сторону вопроса — иными словами, доказательно исследовать вопрос о том, происходит ли всё описанное на практике или является лишь математической игрой. Мы будем следить за его провокациями — с непременным последующим разоблачением, само собой.

Подготовлено по материалам Hammock Physicist.