Двойные чёрные дыры могут быть более устойчивыми, чем ранее предполагали учёные, благодаря действию тёмной энергии, ускоряющей расширение Вселенной и помогающей чёрным дырам в двойных системах поддерживать безопасное расстояние.
Чёрные дыры — это области пространства вокруг бесконечно плотной «сингулярности», возникающие вследствие коллапса массивной звёзды. С массами, многократно превосходящими массу Солнца, и диаметрами, сжатыми всего до 16 километров, чёрные дыры обладают такой сильной гравитацией, что даже свет не может покинуть границу вокруг них, называемую горизонтом событий. Так же, как и массивные звёзды часто находятся в парах, обращающихся друг вокруг друга, чёрные дыры могут существовать в виде бинарных систем.
По мере движения этих чёрных дыр они создают гравитационные волны — волны в структуре пространства-времени, которые уносят с собой момент импульса из системы. Это приводит к тому, что чёрные дыры приближаются друг к другу по спирали, и в конце концов сила притяжения берёт верх, приводя к их слиянию в более массивную чёрную дыру. До этого учёные считали, что этот процесс неизбежен, что все двойные чёрные дыры сливаются.
Это верно в статической Вселенной. Однако с начала XX века, после открытия Эдвина Хаббла о том, что галактики быстро отдаляются друг от друга, учёные знают, что Вселенная расширяется. Кроме того, в конце XX века астрономы обнаружили, что это расширение на самом деле ускоряется, и вызвано тёмной энергией.
Тёмная энергия составляет до 68% энергии и вещества Вселенной, хотя учёные до сих пор не имеют полной ясности о том, что это такое.
«Стандартная модель космологии предполагает, что Вселенная возникла в результате Большого взрыва и что примерно 9,8 миллиардов лет назад над ней стала доминировать таинственная сила, получившая название «тёмная энергия», которая ускоряет Вселенную с постоянной скоростью», — аргументирует профессор Оскар Диас из Саутгемптонского университета, главный автор нового исследования.
Воздействие тёмной энергии означает, что чёрные дыры находятся в расширяющемся пространственно-временном поле. Учёные задались вопросом: может ли это расширение пространства-времени помочь чёрным дырам оставаться на безопасном расстоянии друг от друга. Они решили эту проблему с помощью математических моделей и обнаружили, что две чёрные дыры действительно могут существовать в равновесии, когда гравитационное притяжение между ними компенсируется расширением.
«С точки зрения наблюдателя, пара чёрных дыр, притяжение между которыми компенсируется расширением, будет выглядеть как одна чёрная дыра. Будет трудно определить — это одна чёрная дыра или пара», — добавил Диас.
Одновременно с этим, гравитационное притяжение между двойными чёрными дырами не позволит расширению Вселенной отдалить их друг от друга. Исследователи считают, что их решение может быть применимо и к вращающимся чёрным дырам, известным как «чёрные дыры Керра», и даже к более экзотическим системам чёрных дыр с большим числом объектов.
«Наша теория проверена на паре статических чёрных дыр, но мы считаем, что она может быть применима и к вращающимся. К тому же кажется реальным, что наше решение верно и для трёх или даже четырёх чёрных дыр, открывая целый спектр возможностей», — добавил соавтор исследования Хорхе Сантос из Университета Кембриджа в Англии.