Моделирование помогло физикам разобраться в судьбе видимых горизонтов при слиянии черных дыр

D. Pook-Kolb et al. / Physical Review Letters, 2021

Физики-теоретики с помощью моделирования проследили за судьбой видимых горизонтов двух сливающихся черных дыр и выяснили, как они превращаются в видимый горизонт черной дыры, возникшей в результате слияния. Оказалось, что эволюция горизонтов включает в себя их аннигиляцию с сингулярными самопересекающимися поверхностями, находящимися внутри общего видимого горизонта. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Наиболее хорошо известным горизонтом, связанным с черной дырой, является горизонт событий — поверхность, из под которой нельзя послать никакой сигнал внешнему наблюдателю. Физикам хорошо известно, что происходит с горизонтами событий двух черных дыр, сливающихся в одну: они превращаются в горизонт событий третьей черной дыры, образуя пространственно-временную диаграмму, напоминающую пару штанов.

С теоретической точки зрения, еще один важный объект, характеризующий черную дыру, это видимый горизонт. Он представляет собой замкнутую ловушечную поверхность, то есть такую, что параллельные лучи света, испущенные с этой поверхности перпендикулярно ей, не сходятся и не расходятся в ее окрестности. Для стационарной черной дыры видимый горизонт совпадает с горизонтом событий, но если черная дыра каким-либо образом меняется (например, сливается с другой черной дырой), то эти поверхности перестают совпадать, и происходящее с парой видимых горизонтов сливающихся черных дыр оставалось неизвестным.

Группа физиков из Германии и Канады под руководством Айвана Бута (Ivan Booth) из Мемориального университета Ньюфаундленда провела моделирование слияния двух черных дыр с нулевым моментом вращения, которые описываются решением Шварцшильда Общей теории относительности, чтобы проследить за эволюцией их видимых горизонтов. Что происходит на начальном этапе слияния, как и в самом конце процесса, было известно физикам и раньше. Вскоре после сближения двух видимых горизонтов сливающихся черных дыр образуются еще два видимых горизонта — внешний и внутренний, которые охватывают обе черные дыры. После того как слияние полностью завершилось, остается обычная стационарная черная дыра с одним видимым горизонтом, совпадающим с горизонтом событий.

Моделирование показало, что после образования двух дополнительных общих горизонтов, внутренний начинает сближаться с горизонтами сливающихся черных дыр, и со временем они образуют одну сложную самопересекающуюся поверхность. Кроме того, между внутренним и внешним горизонтами существует очень большое число (исследователи считают, что оно вообще бесконечно) сингулярных ловушечных поверхностей, чья форма также изменяется в процессе слияния. В результате эти поверхности аннигилируют с сингулярным внутренним горизонтом, оставляя только то, что было внешним горизонтом в начале слияния. В течение этого процесса он становится все более сферическим, и в конце концов превращается в видимый горизонт новой черной дыры.

В дальнейшем авторы планируют рассмотреть вращающиеся черные дыры и проверить, останутся ли их выводы справедливыми для них. Кроме того, важно понять, как эволюция видимых горизонтов внутри общего горизонта событий связана с динамикой гравитационно поля снаружи него.

Ранее мы писали о регистрации слияния рекордно легкой пары черных дыр и возможности образования сверхмассивной пары.

Андрей Фельдман

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.