Црните дупки обично ги замислуваме како космички објекти од кои ништо не може да избега. Но, ново теоретско истражување покажува дека одреден тип „чупава“ црна дупка би можел да помине низ сосема неочекуван процес: наместо да ја проголта материјата околу себе, би можел буквално да се „исфрли“ од неа и да продолжи самостојно, оставајќи зад себе бозонска ѕвезда.

Според општата теорија на релативноста, црните дупки се исклучително компактни објекти со гравитациско поле толку силно што, откако нешто ќе го помине хоризонтот на настани, не може да се врати назад. Но, физичарите веќе подолго време разгледуваат и посложени теоретски конфигурации во кои црната дупка не е сама.

Истражувањето на Жозе Ферејра, Карлос Ердејро, Еуген Раду и Мигел Зиљао од Универзитетот во Авеиро во Португалија покажува дека таканаречена „чупава“ црна дупка може да стане нестабилна и да заврши со раздвојување на два одделни објекти.

Едниот би бил црна дупка без дополнителното поле околу неа, а другиот – хипотетичка бозонска ѕвезда.

Што значи „коса“ на црна дупка?

Во класичниот опис на црните дупки, откако ќе се стабилизираат, нивните главни карактеристики може да се опишат со неколку параметри, како што се масата и спинот. Но, теоретската физика дозволува и посложени сценарија.

Дополнителните структури околу црната дупка понекогаш се опишуваат со метафората „коса“. Една од можностите е таа да биде поврзана со скаларно поле – невидливо поле што го исполнува просторот и може да се опише и преку честички без спин. Според одредени теоретски модели, таквото поле може да формира густ облак околу црната дупка. Облакот не мора да биде само мала структура: во одредени конфигурации може да содржи значителен дел од масата на целиот систем и да создава сопствено гравитациско поле.

Токму затоа физичарите ги проучуваат ваквите необични системи. Тие би можеле да понудат начин за истражување на честички и полиња што не се опфатени со Стандардниот модел на физиката на честичките.

Кога „косата“ станува нестабилна

Клучното прашање било дали ваквата конфигурација може да остане стабилна ако системот биде нарушен. Претходни симулации покажувале стабилност, но во нив бил наметнат услов на сферна симетрија. Тоа значи дека промените во еден правец морале да имаат соодветен еквивалент во сите други правци.

Таквото поедноставување ги олеснува пресметките, но истовремено го ограничува начинот на кој системот може да се развива. Ферејра и неговите колеги користеле нумерички симулации во кои црната дупка и скаларното поле можеле да се развиваат асиметрично. Резултатот покажал дека „чупавите“ црни дупки во разгледуваните конфигурации не се секогаш стабилни.

И тогаш се појавиле два можни исходи.

Првиот исход: црната дупка ја голта сопствената „коса“

Првиот сценарио, наречен „апсорпција“, е релативно интуитивен. Кога рамнотежата ќе се наруши, црната дупка го апсорбира скаларното поле што ја опкружува. На крајот останува „ќелава“ црна дупка – односно црна дупка без дополнителната структура на скаларното поле.

Но вториот исход е многу почуден.

Вториот исход: црната дупка „излегува“ од сопственото поле

Во сценариото наречено „фисија“, црната дупка и скаларната структура не завршуваат заедно. Наместо тоа, целиот систем се раздвојува. Бозонската ѕвезда продолжува да постои како самогравитирачка структура, додека црната дупка се оддалечува од неа.

Истражувачите ова го споредуваат со топка поставена на врвот на планина. Ако е совршено поставена, може привидно да стои во рамнотежа. Но, и најмало нарушување може да ја натера да тргне надолу. Во симулациите, мала пертурбација била доволна за црната дупка да се помести од центарот на скаларното поле.

Наместо да се врати назад, таа продолжила да се оддалечува сè додека не се одвои од полето. Полето останало зад неа и продолжило да постои како бозонска ѕвезда, додека црната дупка продолжила по својот пат.

Сепак, не сите конфигурации се однесувале исто. Компактните скаларни структури биле посклони кон апсорпција, додека поретките конфигурации покажувале поголема склоност кон фисија.

Не значи дека црните дупки навистина „бегаат“ низ вселената

Тука е најважната ограда на истражувањето. Никој не открил црна дупка што се исфрлила од бозонска ѕвезда. Бозонските ѕвезди сè уште се хипотетички објекти и не се потврдени како реални астрофизички тела. Самите истражувачи нагласуваат дека нивниот модел првенствено е теоретска алатка. Дополнително, механизмот во симулациите се потпира на електричен полнеж, а за реалните астрофизички црни дупки се очекува нето електричниот полнеж да биде практично занемарлив.

Затоа резултатите не треба да се толкуваат како доказ дека ваков процес се случува во природата. Но, механизмот би можел да укаже на поширока физичка појава што можеби постои и во пореалистични модели.

Црните дупки би можеле да остават „потпис“ во гравитациските бранови

Следниот чекор за истражувачите е да проверат дали слична нестабилност може да се појави во модели во кои црната дупка ротира. Тоа е важно бидејќи ротацијата би можела да игра улога слична на онаа што во овој модел ја има електричниот полнеж.

Ако ваков механизам постои во астрофизички реалистична форма, можеби би можел да остави забележлив сигнал. Наглото нарушување на симетријата при фисијата би требало да создаде карактеристични гравитациски бранови. Нивниот облик би можел да се разликува од сигналите што ги создаваат познати процеси, како спојувањето на две црни дупки. Токму затоа научниците сакаат да утврдат каков би бил тој сигнал и дали современите или идните детектори би можеле да го регистрираат.

Истражувањето е објавено во научното списание „Physical Review D“.