Согласно теореме об отсутствии волос, чёрная дыра устроена предельно просто: её свойства определяются всего тремя параметрами — массой, вращением и электрическим зарядом. Если сжать любое вещество достаточно плотно, возникнет чёрная дыра, а вся исходная информация и атомная структура окажутся неважны. Однако новое исследование, о котором рассказывает издание Universe Today, показывает: если реальные чёрные дыры нарушают эту теорему, это проявится в гравитационных волнах при их слияниях.
Название теореме дал Джон Уилер, противопоставивший её математической теореме о «волосатом» мяче. Поскольку у горизонта событий чёрной дыры нет уникальных особенностей, Уилер утверждал, что «у чёрных дыр нет волос». При этом теорема не доказана в общем виде: для стационарных чёрных дыр в общей теории относительности она выполняется, но при слияниях ситуация усложняется. Именно этому и посвящена новая работа.
Поскольку классические чёрные дыры не имеют волос, авторы сравнили стандартную модель с несколькими альтернативными. Одна из них — чёрная дыра Хейворда, предложенная Шоном Хейвордом для устранения сингулярностей из уравнений. Она следует общей теории относительности, но предполагает, что материя достигает несингулярного квантового состояния, поэтому строгий горизонт событий отсутствует, и теорема об отсутствии волос к ней не применима. Другая модель — чёрная дыра Бардина, названная в честь Джеймса Бардина, известного работами по термодинамике чёрных дыр; она обладает электромагнитной структурой излучения и, следовательно, имеет волосы.
Исследователи рассчитали, что произойдёт при слиянии пары чёрных дыр Хейворда и пары чёрных дыр Бардина, а затем сравнили результаты со слиянием стандартных чёрных дыр. Выяснилось, что каждая модель даёт уникальную сигнатуру затухания: частота и скорость затухания у них различаются. Также было показано, как по затуханию можно изучать структуру пространства-времени в области горизонта — является ли она истинным вакуумом, как предсказывает общая теория относительности, или в дело вступают квантовые флуктуации.
Современные обсерватории гравитационных волн недостаточно чувствительны, чтобы уловить эти различия, но они могут проявиться по мере развития новых инструментов. Очевидно, что слияния чёрных дыр способны рассказать гораздо больше, чем просто о массе, вращении и зарядах участвующих объектов.