Раскрыта загадка слияния горизонтов черных дыр
Изображение: Pook-Kolb / Hennigar & Booth
Исследователи из Института гравитационной физики Макса Планка в Германии и Мемориального университета Ньюфаундленда в Канаде разгадали, что происходит с видимыми горизонтами во время слияния двух невращающихся черных дыр. Согласно статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, первоначальные горизонты исчезают, сливаясь с другими горизонтоподобными структурами. Кратко о научной работе рассказывается в пресс-релизе на Phys.org.
Хотя видимый горизонт может совпадать с горизонтом события черной дыры, эти термины не всегда описывают одно и то же, особенно в случае колеблющейся черной дыры. В этом случае видимый горизонт обязательно находится внутри горизонта событий и представляет собой границу, внутри которой все светоподобные кривые ведут внутрь черной дыры. Снаружи видимого горизонта свет еще может перемещаться в направлении от него, но ему не суждено покинуть пределы более широкого горизонта событий, который в этом случае называется абсолютным горизонтом. Абсолютный горизонт может возникать даже в отсутствии черной дыры, например, космологический горизонт событий в расширяющейся Вселенной.
При слиянии исходные горизонты событий образуют большой горизонт событий, что описывается диаграммой, по форме напоминающей штаны. Однако картина слияния видимых горизонтов более сложная. Когда черные дыры приближаются достаточно близко друг к другу, вокруг них мгновенно образуется новый видимый горизонт. Однако окончательная судьба первоначальных горизонтов оставалась неизвестной.
Метод, к которому ученые прибегли для проведения анализа, состоит из трех ключевых компонентов. Во-первых, исследователи использовали высокоточную технику для моделирования пространства-времени, включая пространство-время внутри черной дыры. Во-вторых, они применили численный метод, который позволял им выявлять отдельные горизонтоподобные структуры даже в тех случаях, когда они сильно искажались. В-третьих, ученые упростили сложные уравнения, описывающие поверхности, до уравнений, описывающих кривые. Это позволило легко находить новые горизонты, которые соответствовали кривым, и восстанавливать их до полных поверхностей. Все это помогло исследователям смоделировать внутреннюю горизонтоподобную структуру внутри только что сформированной черной дыры.
Результаты сложного численного моделирования показывают, что оба первоначальных горизонта существуют еще какое-то время внутри общего видимого горизонта. Однако они становятся нестабильными и в конечном счете постепенно разрушаются при взаимодействии с многочисленными горизонтоподобными структурами, называемыми MOTS (англ. marginally outer trapped surfaces). В целом, ученые научились отличать нестабильные MOTS от устойчивых MOTS, которые являются фактическими границами черной дыры.