Кугельблицы: почему невозможны черные дыры, состоящие из света
На протяжении последних нескольких десятилетий астрофизики выдвигали различные теории о существовании так называемых кугельблицев — черных дыр, которые появляются при очень высокой концентрации света в одной точке. Однако новое исследование, проведенное группой астрофизиков из Канады и Испании, ставит под сомнение их присутствие во Вселенной — по крайней мере, в ее нынешнем виде.
Как напомнили авторы статьи, наиболее известные черные дыры — это те, которые образуются в результате коллапса обычной материи под действием собственной гравитации. Поскольку любой вид энергии искривляет пространство-время (как следует из общей теории относительности), то долгое время предполагалось, что к подобному коллапсу может привести огромная концентрация энергии в форме света.
Это, в свою очередь, поспособствовало бы образованию кугельблицев — необычных черных дыр, которых в более ранних научных работах связывали с темной материей. Более того, считалось, что в далеком будущем их гипотетически можно использовать в качестве источника энергии для космических кораблей. Однако проблема в том, что первоначальные теории о появлении таких черных дыр, совсем не учитывали квантовых эффектов.
Поэтому группа астрофизиков из Университета Ватерлоо, а также Мадридского университета Комплутенсе решила восполнить пробелы и разработала математическую модель с учетом этих эффектов. Ученые пришли к выводу, что необходимая для появления кугельблицев концентрация света будет на десятки порядков больше, чем у самых ярких объектов во Вселенной — квазаров.
«Задолго до того, как вы достигнете такой интенсивности света, сначала возникнут определенные квантовые эффекты. Такая сильная концентрация привела бы к самопроизвольному образованию частиц, таких как электрон-позитронные пары, которые очень быстро удалились бы из этой области», — объяснил кандидат наук в области прикладной математики и квантовой информации Хосе Поло-Гомес.
Хотя условия, необходимые для достижения такого эффекта, невозможно проверить на земле, даже с использованием современных технологий, команда уверена в точности своих прогнозов. Дело в том, что они основываются на тех же математических и научных принципах, которые заложены в позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ). Во время ПЭТ-сканирования электроны и их античастицы (позитроны) могут аннигилировать друг с другом, распадаясь на пары фотонов.
Что же касается кугельблицев, то в данном случае происходит противоположный процесс, при котором образование черной дыры из света прекращается. Пары электрон-позитрон, которые появляются при большой концентрации света, быстро рассеиваются, забирая с собой энергию и предотвращая гравитационный коллапс. Несмотря на то, что открытие может стать некоторым разочарованием для научного сообщества, само по себе оно является важным достижением в области фундаментальных физических исследований, резюмировали авторы.
Ранее Физик Никодем Поплавский предположил, что каждая черная дыра может быть «окном» в другую вселенную. Между тем наша Вселенная сама находится внутри черной дыры и постоянно расширяется.
