Согласно общей теории относительности (ОТО) черная дыра — удивительно простой объект: снаружи ее можно описать всего парой чисел. Масса и скорость вращения. Отсюда и знаменитое выражение: «у черных дыр нет волос» — нет дополнительных особенностей, по которым можно было бы отличить одну дыру от другой при одинаковых массе и вращении.
Стоит отметить, что теоретически есть еще и третий параметр — электрический заряд. Однако в реальной астрофизике он, как правило, близок к нулю.
Тем не менее квантовая механика намекает, что эта простота может быть иллюзией: рядом с горизонтом событий могут скрываться тонкие структуры («волосы») или эффекты «новой физики», которые несут подсказки о формировании и эволюции черных дыр.
Как искать эти «волосы»
Черная дыра, сформированная в результате слияния двух других, некоторое время «дрожит», как колокол после удара. Этот этап называется «рингдаун»: гравитационные волны несут набор характерных частот и затуханий (квазинормальные моды). В рамках ОТО они определяются только массой и вращением конечной дыры.
Если же у черной дыры есть дополнительные свойства — те самые «волосы», — спектр рингдауна должен слегка сместиться. Проблема в том, что отклонения ожидаются очень маленькими, а сами сигналы шумные.
Что сделали исследователи
Команда астрофизиков, возглавляемая Витором Кардосо из Института Нильса Бора в Копенгагене, вместе с коллегами из Лёвенского католического университета в Бельгии и других центров, попробовала выжать максимум из накопленных данных детекторов гравитационных волн LIGO/Virgo/KAGRA. Они объединили данные по 22 слияниям, где рингдаун удавалось выделить достаточно уверенно, и сравнили результаты с теоретическими моделями возможных отклонений от ОТО.
В итоге никаких признаков «длинных волос» ученые не нашли. С 95% уверенностью любые отклонения от предсказаний Эйнштейна должны быть «спрятаны» ближе, чем примерно в 40 километрах от горизонта событий — то есть настолько близко к краю, что современные детекторы практически не «дотягиваются» до этой зоны.
Что это значит на человеческом языке
Это не доказательство, что «у черных дыр нет волос» вообще. Но если новая физика и прячется возле горизонта событий, то она либо очень слабая, либо настолько локальная, что текущие наблюдения ее не различают. Так что черные дыры пока продолжают выглядеть максимально просто.
Что будет дальше
Чувствительность будет расти. Детектор гравитационных волн LIGO-India планируют запустить примерно к 2030 году, а детекторы третьего поколения — Cosmic Explorer в США и Einstein Telescope в Европе — должны заметно улучшить «слух» гравитационно-волновой астрономии и позволить проверять ОТО еще точнее.
Читайте также: Коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA зафиксировала слияние самых массивных черных дыр.
