Астрофизики из Авейруского университета (Португалия) предложили необычный сценарий эволюции так называемых «волосатых» черных дыр. В теоретической физике «волосами» черной дыры называют дополнительные параметры, выходящие за рамки массы и вращения. В ряде моделей такими «волосами» становится скалярное поле — невидимая субстанция, способная накапливаться вокруг черной дыры и формировать плотное облако. Ученые показали, что некоторые черные дыры способны «облысеть», отскочив от скалярного поля в сторону. Сами «волосы» при этом остаются на месте, превращаясь в облако частиц, которое поддерживает само себя, — бозонную звезду. Исследование опубликовано в Physical Review D.
Как черная дыра может лишиться «волос»
Долгое время считалось, что «волосатые» черные дыры могут существовать сколь угодно долго. Но все ранние расчеты опирались на упрощение. Предполагалось, что черные дыры с «шевелюрой» обладают сферической симметрией. Это означает, что любое событие, происходящее в космическом объекте, повторяется во всех направлениях. Авторы исследования отказались от этого допущения. В итоге, компьютерное моделирование показало, что равновесие между черной дырой и скалярным полем неустойчиво.
Астрофизики описали два возможных варианта развития событий. Первый они назвали «поглощением». Название верно передает суть: черная дыра втягивает в себя скалярное поле и остается «лысой». Второй сценарий ученые окрестили «делением», и он выглядит куда более необычно. Черная дыра и скалярное поле удерживаются вместе противоборством гравитационного притяжения и электромагнитного отталкивания.
«Это напоминает мяч, балансирующий на самой вершине горы. Если мяч находится в верном положении, он может оставаться на вершине сколько угодно долго, но малейший толчок заставит его сдвинуться с места», — объясняют исследователи.
Как скалярное поле превращается в бозонную звезду
В симуляциях такого толчка оказалось достаточно, чтобы черная дыра сместилась с центра, постепенно отдалилась и в итоге «выскользнула» из скалярного облака. Поле при этом не разрушилось. Оно удерживалось собственной гравитацией и превращалось в бозонную звезду — гипотетический астрономический объект, который состоит не из атомов, а из бозонов. Какой именно сценарий реализуется, зависит, по всей видимости, от плотности скалярной оболочки: чем плотнее «волосы», тем выше шанс поглощения, чем рыхлее — тем вероятнее деление.
Авторы подчеркивают, что они создали теоретическую модель, а не описали реальное поведение астрофизических объектов.
«Наши расчеты основаны на обычном электрическом заряде, в то время как у настоящих черных дыр суммарный электрический заряд очень мал», — поясняют исследователи.
Тем не менее исследователи допускают, что аналогичный процесс может проявляться и в более реалистичных условиях — например, если роль заряда возьмет на себя вращение.