Физики пересмотрели судьбу звездных останков

В 1974 году британский физик-теоретик Стивен Хокинг предсказал, что черные дыры могут испускать тепловое излучение и терять массу из-за квантового рождения пар частица — античастица у горизонта событий в соответствии с принципом сохранения энергии. Явление, объединяющее квантовую механику, Общую теорию относительности и термодинамику, получило название «излучение Хокинга» и изменило представление о черных дырах как о «вечных ловушках».

Однако именно с этим эффектом связан один из важнейших нерешенных вопросов современной физики — информационный парадокс, предложенный самим Хокингом. Если излучение не содержит сведений о поглощенных черной дырой объектах, то куда исчезает информация об их квантовых состояниях, когда космический «монстр» полностью испаряется? Нарушение принципа сохранения информации порождает парадокс и ставит под сомнение совместимость Общей теорией относительности с квантовой механикой.

Теперь авторы нового исследования предположили, что горизонт событий не единственное условие для испарения. Даже такие компактные объекты, как нейтронные звезды и белые карлики, могут постепенно терять массу из-за квантовых эффектов, возникающих в их гравитационном поле. В частности, кривизна пространства-времени, создаваемая массивным телом, может приводить к спонтанному рождению пар частиц — например, фотонов или гипотетических гравитонов — даже при отсутствии черной дыры.

Дыры в картине мира: откуда берутся самые странные о…

Черные дыры будоражат воображение. Идеальные ловушки, из которых не может вырваться даже свет. Мо…

naked-science.ru

Чтобы проверить гипотезу, международная исследовательская группа под руководством Михаэля Ф. Вондрака (Michael F. Wondrak) из Радбаудского университета (Нидерланды) смоделировала сферически симметричную звезду с постоянной плотностью, применив квантовую теорию поля в искривленном пространстве-времени.

Результаты показали, что такие объекты действительно теряют массу, хотя очень медленно. Например, нейтронная звезда массой примерно 1,4 солнечной может испариться за 10⁶⁸ лет — время, сравнимое с жизнью маломассивных черных дыр.

Ключевой вывод статьи в том, что скорость испарения зависит от плотности объекта: чем выше плотность, тем быстрее он испаряется. Поскольку плотность нейтронных звезд по показателям схожа с плотностью черных дыр, такие объекты испарятся в течение 10⁶⁷—10⁶⁸ лет. Для белых карликов, обладающих меньшей плотностью, эта величина возрастает до 10⁷⁸ лет, а сверхмассивные черные дыры, подобные той, что расположена в центре галактики M87, могут существовать до 10⁹⁴—10⁹⁶ лет.

Испускаемый нейтронными звездами при слиянии сигнал …

Астрофизики предложили заглянуть в недра нейтронных звезд, фиксируя колебания гравитационных волн…

naked-science.ru

Для наблюдения указанные сроки недостижимы — они в миллионы триллионов раз превышают возраст нашей Вселенной. Однако результаты показали, что звездные останки не вечны и могут испаряться без таких экзотических сценариев, как распад протонов или столкновение с другими объектами.

«Мы показали, что даже без горизонта событий массивные объекты не вечны. Кривизна пространства-времени действует как невидимый генератор частиц, медленно растворяя звезды в космосе», — пояснил один из авторов научной работы астрофизик Хейно Фалке (Heino Falcke). 

Более того, этот эффект оказался универсальным: авторы исследования рассчитали даже испарение Луны: спутник Земли, согласно модели, исчезнет через 10⁸⁹ лет, а туманность или облако межзвездного газа — через 10¹²⁷ лет. Это, разумеется, лишь теоретические пределы, ведь реальная эволюция таких небесных тел сопровождается аккрецией, распадом и столкновениями. Тем не менее расчеты продемонстрировали, что гравитационное квантовое испарение неизбежно. Если, конечно, этому не помешают другие физические процессы.

Астрофизики объявили о крупнейшем в истории открытии…

Спектроскопический инструмент для изучения темной энергии DESI помог обнаружить 2,5 тысячи кандид…

naked-science.ru

Исследователи также отметили, что испарение не просто плавное исчезновение массы. На финальном этапе объект может стать нестабильным и взорваться, выбросив энергию в виде нейтрино и высокоэнергетических частиц. При этом новая модель сильно упрощена и не учитывает вращение или сложную структуру самых плотных объектов во Вселенной.

Результаты научной работы, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, уже стали причиной оживленных дискуссий в академическом сообществе. Вондрак и коллеги, однако, надеются, что дальнейшие расчеты и наблюдения помогут понять, как описанные ими процессы влияют на Вселенную в долгосрочной перспективе.

Астрономы отыскали первую систему из двух «обреченны…

Ученые нашли редчайшую звездную пару, которая неизбежно столкнется и превратится в сверхновую тип…

naked-science.ru

Если выводы этой группы ученых верны, то разработанная модель может помочь в решении информационного парадокса и построении полной теории квантовой гравитации. Ранее физики предложили переосмыслить внутреннее строение черных дыр, представив их альтернативные модели без сингулярности и в ряде случаев горизонта событий.

Тем не менее в реальных астрофизических условиях — например, в центре галактик или даже в межзвездной среде — приток частиц извне может существенно превышать скорость квантового испарения. В таких случаях гравитационное поле объекта будет постепенно захватывать падающее вещество, компенсируя потери и фактически подавляя испарение. Значит, на практике звездные останки могут сохраняться дольше, чем предсказано в модели.