Спокійно. Астрофізики показали, як «облисіння» чорних дір рятує сучасну фізику

Чорні діри можуть виникнути від самого початку з сильним магнітним полем або отримати його, «поїдаючи» намагнічені матеріали з космосу. Щоб теорема про відсутність волосся була правильною, таке поле повинно швидко зникати — настільки, що ніхто не зміг би помітити різницю «до» і «після». Наприклад, недавно ми писали про дослідження команди американських учених, які припустили, що чорні діри «мають гравітаційне волосся, яке можна виміряти на кінцевих відстанях… які в принципі можуть бути виявлені детекторами гравітаційних хвиль». Вони навіть указали на чорні діри Керра як потенційний об'єкт, на якому можна спостерігати ці події.

Більше того, у реальності чорні діри не існують ізольовано — вони не висять у космосі, як ялинкові іграшки на дереві. Вони можуть бути оточені плазмою — газом, який настільки збурений, що електрони відокремлюються від своїх атомів, таким чином підтримуючи магнітне поле.

Виявлення волосся на чорних дірах — можливо, у найекстремальніших астрофізичних лабораторіях у Всесвіті — може надати спосіб об'єднати спостереження чорних дір із фундаментальною фізикою, а також дозволити людству досліджувати теорію струн і квантову гравітацію абсолютно новими способами.

Ба більше, це могло б стати доказом гіпотези, яку вчені раніше й не думали перевіряти на практиці, — існування майже екстремальних чорних дір. Це ті, що досягли максимально можливого значення для їхньої маси, спіну або заряду. Правда, і спростувати на практиці цю теорему — як мінімум, за допомогою нинішніх гравітаційних детекторів — було практично неможливо. Таким чином, натепер ученим тільки й залишається, що робити припущення й чекати розвитку технологій.

«Гіпотеза про відсутність волосся — наріжний камінь загальної теорії відносності», — говорить Барт Ріпперда, науковий співробітник Центру обчислювальної астрофізики Інституту Флетайрон. Моделюючи плазму чорних дір на суперкомп’ютерах, він разом із колегами Ешлі Бренсроувом й Олександром Філіпповим з’ясували, що теорема про відсутність волосся правильна — і жодних революцій у цій науці (як мінімум, із цього боку) не плановано. «На щастя, фізика плазми дійшла рішення, яке врятувало гіпотезу про відсутність волосся від неспроможності», — наводить слова вченого прес-реліз.

Їхнє моделювання показало, що силові лінії магнітного поля навколо чорної діри швидко з'єднуються й розриваються в невпинному танці. Таким чином створюються заповнені плазмою кишені, які потрапляють у чорну діру, — саме так можна пояснити спалахи, які спостерігають біля надмасивної чорної діри (із масою в 5−10 разів більшою за Сонце) у центрі галактики Мессьє 87. Під час симуляцій учені назвали це процесом «облисіння».

Моделювання магнітного поля (зелені лінії) і плазми навколо чорної діри (зліва). Спочатку силові лінії проходять від одного магнітного полюса чорної діри до іншого (червона лінія). Згодом силові лінії роздуваються, починають розриватися й повторно з'єднуватися. Цей процес створює вогнища плазми, які «вистрілюють» у космос або «з'їдаються» чорною дірою.

Проблема попередніх досліджень полягала в тому, що вчені зазвичай розташовували свої чорні діри у вакуумі, проте насправді ці небесні тіла оточені плазмою, яка й підтримує магнітне поле. А ось тут потрібно трохи візуалізувати — або ввімкнути відео.

Спочатку силове поле проходить дугою від південного до північного полюса чорної діри. Взаємодія електронів усередині плазми змушує це поле роздуватися назовні, у результаті чого силові лінії магнітного поля розпадаються на окремі, після чого з'єднуються назад. Між двома точками з'єднання існує зазор, який заповнюється плазмою. Магнітне поле підживлює її, через що газ спрямовується в космос і досередини чорної діри. Під час цього процесу магнітне поле втрачає енергію і в кінцевому підсумку зникає.

Таким чином, теорема про відсутність волосся підтверджується, адже магнітне поле розвивається й зникає навколо чорної діри, а не всередині неї. Крім того, весь процес відбувається досить швидко — близько 10% від швидкості світла.

Учені не стверджують, що підтвердили теорему про відсутність волосся. Незважаючи на їхню впевненість у правильності симуляції, вони розуміють, що це трактування потребує додаткової перевірки. Адже якщо все дійсно так, то подібні спалахи, викликані магнітними сполуками, можуть бути широко розповсюдженим явищем.