Ученые Лейпцигского университета в Германии выяснили, что внутренний горизонт черной дыры может быть заряжен как положительно, так и отрицательно. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Согласно общей теории относительности, если черная дыра электрически заряжена, то внутри нее существует «поверхность», напоминающая по свойствам горизонт событий и называемая внутренним горизонтом. Эта поверхность теоретически является границей, при пересечении которой нарушается детерминизм, то есть невозможно предсказать свойства пространства-времени на основе знания о состоянии Вселенной в какой-то момент в прошлом. Иными словами, путешествие наблюдателя, пересекающего внутренний горизонт, больше не будет определяться начальными данными.
Британский математик Роджер Пенроуз предсказал, что на самом деле вблизи внутреннего горизонта пространство-время искривляется настолько сильно, что любой наблюдатель будет уничтожен при приближении к нему. Таким образом, внутренний горизонт является сингулярностью. Недавние исследования показали, что в заряженных черных дырах в расширяющейся Вселенной сингулярность может быть достаточно слабой для того, чтобы ее можно было пересечь. В новой работе ученые показали влияние квантовых возмущений на гравитационные поля внутри черной дыры в расширяющейся Вселенной.
Так как электрически заряженная черная дыра может возникать только из электрически заряженной материи, ученые изучили квантовые возмущения заряда вблизи внутреннего горизонта. Изначально считалось, что токи внутри черной дыры связаны с самопроизвольным появлением противоположно заряженных частиц, которые затем ускоряются в противоположных направлениях. Это привело бы к разрядке области черной дыры за внутренним горизонтом.
Оказалось, что доминирующий вклад в электрический ток, порождаемый квантовыми эффектами на внутреннем горизонте, может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от параметров пространства-времени и квантового поля. При параметрах, близких к максимальному допустимому заряду черной дыры, ток стремится уменьшить заряд внутреннего горизонта. Это противоречит ожидаемой картине и контрастирует с тем, что происходит на внешнем горизонте событий, где квантовые эффекты, как ожидается, уменьшают заряд.