Черные дыры могут взрываться, превращаясь в белые

В ответ на предложенную в октябре 2013 года теорию о бессмертии чёрных дыр, астрофизики выдвинули другую версию. По мнению авторов нового исследования, чёрные дыры взрываются и превращаются в белые дыры, которые извергают всю ту материю, энергию и информацию, которую засосали на предыдущем этапе своей эволюции.

Данная гипотеза основана на ещё недоказанной и очень спорной теории квантовой гравитации. Однако астрофизики-теоретики полагают, что модель белых дыр может дать ответ на волнующий вопрос о том, разрушают ли чёрные дыры всю ту материю, что засасывают внутрь себя, и действительно ли они безвозвратно поглощают информацию.

Согласно новой модели, "белая дыра" будет взрываться и извергать материал, когда-то затянутый в чёрную дыру. Исследователи предполагают, что переход от чёрной дыры к белой происходит сразу после начального формирования чёрной дыры, но поскольку гравитация растягивает время, сторонние наблюдатели увидели бы, что чёрная дыра живёт миллиарды или триллионы лет, в зависимости от её размера, тогда как на самом деле она уже давно эволюционировала.

Если данная гипотеза верна, то крошечные чёрные дыры, которые образовались в ходе самой ранней истории Вселенной, сейчас взрываются, как гигантские петарды. Они могут быть источниками таинственного космического высокоэнергетического излучения. К тому же, то, что сегодня астрономы считают вспышками сверхновых, на самом деле может быть "последним издыханием" чёрных дыр, которые сформировались вскоре после Большого взрыва.

Напомним, что Теория относительности Альберта Эйнштейна гласит: когда умирающая звезда коллапсирует, она доходит до той точки, когда коллапс уже необратим и никакая в природе сила не может его остановить. Именно в этот момент звезда превращается в чёрную дыру, которая затягивает на себя материю и даже свет, оказавшиеся поблизости.

Тогда, как предсказывает Общая теория относительности, коллапс приводит к образованию точки сингулярности, искривляющей пространство-время. В этой точке материя будет бесконечно плотной, а пространство бесконечно изогнутым. По идее, в такой области законы физики не должны действовать вообще.

Многие учёные уверены, что на каком-то этапе в этом процессе должны вступить в силу квантово-гравитационные эффекты, которые не позволят появиться ничему бесконечному. Один из ведущих подходов к слиянию квантовой теории и теории гравитации предложил физик-теоретик Карло Ровелли (Carlo Rovelli) из университета Экс-Марсель во Франции.

Он предположил, что квантуется не только гравитация, но и само пространство-время: оно состоит из крошечных петель, которые невозможно разделить на нечто меньшее. Петли в "петлевой квантовой гравитации" настолько малы, что для любого наблюдателя пространство-время всё равно будет выглядеть гладким и непрерывным. Ровелли, который выступил ведущим автором нового исследования, посчитал, что петельчатая структура Вселенной противоречит необратимому коллапсу чёрной дыры.

По новой модели, коллапсирующая звезда должна достичь стадии, при которой она не может сжиматься дальше, поскольку петли не могут быть сжаты до меньшего размера, чем они есть. Вместо этого они будут оказывать давление. Произойдёт квантовый скачок, превращающий чёрную дыру в белую.

"Вместо того чтобы быть покрытой истинным горизонтом событий, чёрная дыра скрывает события внутри себя так называемым видимым горизонтом", — рассказывает Ровелли. В этом он согласен с недавно выдвинутой Стивеном Хокингом теорией об отсутствии горизонта событий у чёрных дыр, поскольку их существование противоречит законам квантовой механики.

Некоторые сторонники гипотезы "петлевой квантовой гравитации" даже провели аналогичные расчёты для всей Вселенной. Они показали, что в таком случае Большой взрыв на самом деле был большим квантовым скачком.

"Я также полагаю, что такая модель истории Вселенной похожа на правду. Мы с коллегами обнаружили, что процесс трансформации может полностью протекать в ограниченной области пространства-времени. А всё, что лежит за пределами этой области, подчиняется классическим законам Эйнштейна", — говорит Ровелли.

Остаётся открытым вопрос о том, сколько времени проходит, прежде чем чёрная дыра коллапсирует в белую. Ровелли полагает, что этот процесс протекает за несколько тысячных долей секунды, хотя, как было упомянуто выше, стороннему наблюдателю будет казаться, что всё происходит значительно медленнее.

Если бы время стороннего наблюдателя текло быстрее, то все когда-либо сформировавшиеся чёрные дыры должны были бы взорваться и исчезнуть, что противоречит астрофизическим наблюдениям. С другой стороны, если бы время наблюдателя было слишком длинным, то превращение в белую дыру было бы нелогичным, так как чёрные дыры уже бы давно испарились из-за излучения Хокинга.

По расчётам Ровелли и его коллег, представленным в статье на сайте препринтов arXiv.org, для чёрной дыры с массой, эквивалентной солнечной, пройдёт около тысячи триллионов возрастов Вселенной, прежде чем она превратится в белую дыру. Именно по этой причине мы никогда белых дыр и не замечали.

Сроки трансформации чёрных дыр в свою следующую эволюционную стадию зависят не только от массы, но и от скорости их вращения. Учёные давно подозревали, что гигантские чёрные дыры, скрывающиеся в центрах галактик, вращаются быстрее и вырастают более крупными, поскольку они постоянно "питаются" газом, пылью, звёздами и другой материей.

Однако до 2013 года даже приблизительная скорость вращения массивных объектов была неизвестна. В феврале 2014-го группа исследователей из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики установила, что скорость вращения чёрной дыры составляет около 80% от скорости света в вакууме или около миллиарда миль в час.

Это исследование было первым однозначным измерением скорости вращения чёрной дыры. Понимание того, как быстро или медленно вращаются эти объекты вокруг своей оси, даёт и представление о том, как они формируются.

Впрочем, установленная цифра дала учёным лишь точку опоры — точную скорость вращения сверхмассивной чёрной дыры нашей Галактики определить по-прежнему не удалось. Ведь помимо случайных вспышек, этот объект не выпускает никакого заметного излучения.

Измеряя скорости вращения чёрных дыр и соотнося эти цифры с показателями массы, можно найти определённые несоответствия. Эти нестыковки укажут на возможное наличие белых дыр, резко испускающих материю и энергию. Хотя их существование по-прежнему находится под большим вопросом.