Черные дыры приобретают новые силы

Общая теория относительности - это сложная математическая теория, но ее описание черных дыр удивительно просто. Стабильную черную дыру можно описать всего тремя свойствами: ее массой, электрическим зарядом и вращением. Поскольку черные дыры вряд ли обладают большим зарядом, на самом деле требуется всего два свойства. Если вы знаете массу и вращение черной дыры, вы знаете все, что нужно знать о черной дыре.

Это свойство часто обобщается как теорема. В частности, теорема утверждает, что как только материя попадает в черную дыру, единственной характеристикой, которая может обладать - массой. В любом случае Горизонт Событий черной дыры совершенно гладкий, без каких-либо дополнительных особенностей.

Но при всей своей силе общая теория относительности имеет проблему с квантовой теорией. Это особенно верно в отношении черных дыр. Если предыдущая теорема верна, то информация, об объекте внутри черной дыры, уничтожается в тот момент, когда объект пересекает горизонт событий. Квантовая теория утверждает, что информация никогда не может быть уничтожена. Таким образом, действительная теория гравитации противоречит действительной теории квантов. Это приводит к таким проблемам, как парадокс брандмауэра, который не может решить, должен ли горизонт событий быть горячим или холодным.

Для разрешения этого противоречия было предложено несколько теорий, часто включающих расширения теории относительности. Различие между стандартной теорией относительности и этими модифицированными теориями может быть замечено только в экстремальных ситуациях, что затрудняет их наблюдательное изучение. Но новая статья в Physical Review Letters показывает, как они могут быть изучены через вращение черной дыры.

Многие модифицированные теории относительности имеют дополнительный параметр, которого нет в стандартной теории. Известное как безмассовое скалярное поле, оно позволяет модели Эйнштейна соединяться с квантовой теорией таким образом, что это не противоречит друг другу. В этой новой работе команда исследовала, как такое скалярное поле связано с вращением черной дыры. Они обнаружили, что при низкой частоте вращения модифицированная черная дыра неотличима от стандартной модели, но при высокой частоте оборотов, скалярное поле позволяет черной дыре иметь дополнительные характеристики.

Теория общей теории относительности Эйнштейна до сих пор выдержала все испытания в области наблюдений, но, скорее всего, она потерпит крах в самых экстремальных условиях Вселенной. Исследования, подобные этому, показывают, как мы могли бы открыть следующую теорию.

Прямой снимок недавно открытого коричневого карлика

Астрономы при помощи двух обсерваторий, расположенных на Гавайях – телескопа «Субару» и обсерватории им. Кека – обнаружили интересный объект, представляющий собой коричневый карлик, обращающийся вокруг звезды солнечного типа на расстоянии всего лишь 86 световых лет от Земли. Изучение этого коричневого карлика может сыграть важную роль в понимании свойств впервые сфотографированных напрямую экзопланет.

При помощи телескопа «Субару» был впервые обнаружен этот объект и получены его беспрецедентно четкие снимки. Команда провела дополнительные наблюдения при помощи телескопа «Субару», чтобы получить еще больше прямых снимков, в то время как обсерватория им. Кека позволила получить инфракрасные снимки и подтвердить, что объект представляет собой компаньона, обращающегося вокруг звезды HD 33632 Aa, и не является несвязанной с системой звездой, расположенной на заднем плане. Объединив эти данные с результатами измерений, проведенных при помощи астрометрического спутника Gaia («Гея»), исследователи смогли рассчитать, что масса коричневого карлика составляет примерно 46 масс Юпитера.

Этот коричневый карлик, получивший название HD 33632 Ab, является одним из всего лишь нескольких известных в своем роде объектов, который обращается вокруг звезды, похожей на Солнце, в составе планетной системы, имеющей размеры, близкие к размерам Солнечной системы.

Коричневые карлики представляют собой класс объектов, массы которых меньше, чем у звезд, но больше, чем у планет. Они прозваны «неудавшимися звездами», поскольку не являются достаточно массивными для поддержания реакций термоядерного горения в ядрах и яркого свечения, характерного для «настоящих» звезд.

Данные, полученные при помощи телескопа «Субару», демонстрируют, что атмосфера коричневого карлика может содержать воду и монооксид углерода.

«Благодаря этим невероятно четким снимкам, мы можем не только видеть объект HD 33632 Ab, но и произвести сверхточные измерения его местоположения и параметров спектра, что дает важные ключи к пониманию свойств его атмосферы и ее динамики», - сказал Тэйн Карри (Thayne Currie), ученый из обсерватории «Субару» и главный автор нового исследования.

Объект HD 33632 Ab также позволяет глубже понять атмосферы планет из системы HR 8799 – первой внесолнечной системы, для которой были получены прямые снимки планет – поскольку его температура близка к температурам этих планет, хотя коричневый карлик является более древним, имеет более высокие значения массы и гравитации.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.