Физики нашли условия, при которых чёрная дыра может делиться надвое
Чёрные дыры могут сливаться в один более массивный объект, но теоретически возможен и обратный процесс — разделение на две. Условия, при которых законы физики это допускают, рассмотрели авторы исследования, опубликованного в журнале Physical Review D.
Главное препятствие — второе начало термодинамики: энтропия чёрной дыры пропорциональна площади горизонта событий, и при разделении невращающейся дыры суммарная площадь двух новых горизонтов оказалась бы меньше исходной. Для вращающихся чёрных дыр Керра расчёты выявили возможность обойти это ограничение, если исходный объект вращается достаточно быстро.
Этого условия мало: две образовавшиеся дыры должны разлететься, а не слиться. С учётом такого требования допустимое окно параметров почти закрывается — фрагментация остаётся возможной лишь для объектов, вращающихся практически с максимально допустимой скоростью. Горизонт событий в этом сценарии приобретает форму, которую исследователи называют топологией «пары брюк»: единая верхняя часть разделяется на две «штанины».
Также рассмотрены более экзотические механизмы: неустойчивость Грегори — Лафламма в теориях с дополнительными пространственными измерениями, неосесимметричные неустойчивости и сверхизлучение, а ещё модели гравитации, меняющие связь между массой чёрной дыры, радиусом горизонта и энтропией. В некоторых из них образование небольшого фрагмента предпочтительнее, но это не гарантирует, что распад произойдёт.
Работа не доказывает, что чёрные дыры действительно делятся: она показывает условия, при которых процесс не запрещён, а его вероятность пока оценить нельзя. Соавтор работы Франческо Саннино допустил, что небольшие первичные чёрные дыры из ранней Вселенной могут быть более склонны к фрагментации, чем обычные астрофизические объекты. Искать следы такого события учёные предлагают с помощью гамма-телескопов, в частности обсерватории Fermi-LAT.