Сценарии эволюции. Волосатая черная дыра может потерять волосы и оставить после себя бозонную звезду

Об этом пишет издание Science Alert .

Исследователи Жозе Феррейра, Карлос Эрдеру, Эужен Раду и Мигель Зиляу с помощью численного моделирования изучили, что может происходить с черными дырами, окруженными так называемыми «волосами». В физике этим термином обозначают дополнительные свойства, выходящие за рамки стандартного описания черной дыры через ее массу и вращение.

В одном из рассмотренных вариантов такими «волосами» служит скалярное поле — невидимая структура, заполняющая пространство и способная состоять из частиц с нулевым спином. При определенных условиях она может удерживаться вблизи черной дыры благодаря собственному тяготению.

Ранее модели допускали, что такие системы могут быть стабильными. Однако эти расчеты ограничивали движение сферической симметрией: система не могла развиваться по-разному в различных направлениях. Когда исследователи допустили возможность нарушения симметрии, обнаружилась нестабильность.

Компьютерное моделирование показало два возможных результата. В первом, который ученые назвали «поглощением», равновесие нарушается, а черная дыра поглощает скалярное поле. В итоге остается черная дыра без «волос».

Второй сценарий получил название «разделение». В этом случае черная дыра поначалу находится в центре скалярной структуры, но малейшее возмущение смещает ее с этой позиции. Вместо возвращения к равновесию черная дыра все больше удаляется от центра и в конечном итоге покидает поле.

При этом само скалярное поле не разрушается. Оно продолжает существовать как гипотетическая бозонная звезда — объект без горизонта событий, удерживаемый собственной гравитацией. После отделения черная дыра остается без «волос».

На то, какой сценарий реализуется, отчасти влияла компактность скалярного поля. Более плотные структуры чаще переходили к поглощению, тогда как менее компактные оказывались более склонными к делению. Такая тенденция наблюдалась в двух различных моделях скалярного поля.

В то же время исследователи подчеркивают, что это не означает существования подобного процесса в реальных черных дырах. Бозонные звезды пока остаются гипотетическими, а использованная модель является прежде всего теоретической.

Кроме того, описанный механизм требует наличия обычного электрического заряда. В то же время ожидается, что астрофизические черные дыры обладают очень малым суммарным электрическим зарядом. Поэтому авторы не утверждают, что смоделированные объекты представляют собой реалистичные астрофизические системы.

В то же время ученые предполагают, что подобная нестабильность может проявляться в других, более реалистичных моделях. В частности, они планируют проверить, может ли вращение черной дыры играть роль, аналогичную роли электрического заряда.

Если подобный процесс действительно возможен в природе, он может оставлять характерный сигнал в виде гравитационных волн. Исследователи отмечают, что в сценарии разделения такой сигнал должен был бы отличаться от сигналов, характерных для известных процессов, в частности слияния двух черных дыр. Определить его точные характеристики и выяснить, можно ли будет зафиксировать такой сигнал, предстоит будущим исследованиям.