Juodosios skylės astronomams dažniau žinomos dėl susiliejimų, kai du objektai virsta vienu ir sukelia gravitacines bangas. Tačiau naujame teoriniame darbe keliama daug retesnė idėja: ar tam tikromis sąlygomis juodoji skylė galėtų pasidalinti į dvi mažesnes.
Kaip aiškinama žurnale „Physical Review D“ publikuotame tyrime, toks „skilimas“ įprastomis aplinkybėmis prieštarautų nusistovėjusioms fizikos taisyklėms. Vis dėlto autoriai nagrinėja galimas išimtis, kai juodosios skylės riba – įvykių horizontas – galėtų įgauti šakotą formą.
Ši forma vadinama „kelnių“ topologija: erdvėlaikio diagramoje vienas „vamzdis“, atitinkantis vieną juodąją skylę, teoriškai galėtų „susiveržti“ ir išsišakoti į du atskirus „vamzdžius“. Tai reikštų, kad laikui bėgant vietoje vieno objekto atsirastų du „palikuonys“.
Mokslininkai pabrėžia, kad kalbama apie matematinius scenarijus, o ne apie patvirtintą reiškinį gamtoje. Kol kas nėra stebėjimų, kurie rodytų, kad juodoji skylė tikrai gali „persiplėšti“ į dvi.
Kodėl juodoji skylė neturėtų skilti
Pagrindinė kliūtis kyla iš termodinamikos ir Stepheno Hawkingo 1971 metais suformuluotos įvykių horizonto ploto teoremos. Ji teigia, kad juodosios skylės horizonto plotas negali mažėti – kitaip tariant, tokia sistema neturėtų „prarasti“ ploto.
Šis plotas fizikoje tiesiogiai siejamas su entropija – galimų vidinių būsenų skaičiumi, kuris iš išorės atrodo toks pats. Jei nejudanti (nesisukanti) juodoji skylė suskiltų į dvi mažesnes, jų bendras horizonto plotas, pagal klasikinį aprašymą, būtų mažesnis nei pradinio objekto, o tai reikštų mažesnę entropiją.
Toks rezultatas neatitiktų bendros termodinamikos krypties, pagal kurią entropija neturėtų mažėti. Dėl to „paprasta“ skilimo idėja, remiantis įprastomis sąlygomis ir Einšteino bendraja reliatyvumo teorija, laikoma draudžiama.
Galima spraga: sukimasis ir kitos teorijos
Tyrimo autoriai siūlo, kad tam tikrą „langą“ galėtų atverti sukimasis. Greitai besisukanti juodoji skylė, turėdama tą pačią masę, gali turėti kitokį entropijos ir horizonto ploto santykį nei nesisukanti, o skilimo metu dalis sukimosi energijos teoriškai galėtų virsti dviejų objektų judėjimu vienas nuo kito.
Vis dėlto vien entropijos „balanso“ neužtenka. Dvi naujai susidariusios juodosios skylės būtų stipriai traukiamos gravitacijos ir galėtų akimirksniu vėl susilieti, jei neturėtų pakankamai energijos atsiskirti. Tyrime pažymima, kad realistiškos galimybės išlieka nebent atvejais, kai sukimasis yra artimas maksimaliai įmanomam.
Dar viena kryptis – modeliai, kuriuose gravitacija aprašoma ne tik mums įprastais trimis erdvės matmenimis ir laiku. Tokiuose aukštesnių matmenų scenarijuose gali egzistuoti pailgi objektai, vadinami „juodosiomis gijomis“, kurios teoriškai gali patirti nestabilumus ir „susiveržimus“.
Taip pat svarstoma, kas pasikeistų, jei Einšteino teorija nėra galutinis gravitacijos aprašymas ir juodosios skylės entropijos taisyklės būtų kitokios. Viename pateiktame teoriniame pavyz nagrinėjama, kad maždaug dešimties Saulės masių juodoji skylė galėtų „pagaminti“ antrą, maždaug 20 mlrd. kilogramų masės juodąją skylę taip, kad bendra entropija padidėtų – nors ši masė būtų visiškai menka, palyginti su pirminiu objektu.
Kaip tai būtų galima pastebėti
Jei tokie fragmentai kada nors egzistuotų, jie greičiausiai būtų aptinkami netiesiogiai. Labai mažos juodosios skylės, pagal teoriją, turėtų netekti masės dėl Hawkingo spinduliuotės – kvantinio efekto, kuris stiprėja juodajai skylei mažėjant.
Tyrime minimas scenarijus, kad dalis tokios spinduliuotės galėtų pasireikšti gama spinduliais, kurių paieškai tiktų specialūs astronominiai instrumentai, pavyzdžiui, „Fermi-LAT“. Tačiau svarbu pabrėžti: nei Hawkingo spinduliuotė iš juodųjų skylių, nei vadinamosios pirmapradės juodosios skylės kol kas nėra patvirtintos stebėjimais.
Kol kas juodosios skylės išlieka kur kas geriau žinomos dėl susijungimų, o ne dėl skilimų. Vis dėlto pati „kelnių“ topologijos idėja mokslininkams įdomi kaip teorinis testas: jei kada nors būtų užfiksuotas juodosios skylės „atsiskyrimas“, tai galėtų tapti užuomina, kad gravitaciją reikia aprašyti platesniu modeliu nei klasikinė Einšteino teorija.