Опубликованное в октябре 2026 года теоретическое исследование показало, что черные дыры могут разделяться на две части при условии чрезвычайно быстрого вращения, преодолевая строгие термодинамические ограничения. Работа физиков открывает новые пути для изучения гравитации за пределами теории Эйнштейна через потенциальное детектирование сигналов от крошечных первоначальных фрагментов.
Физический запрет на разделение черных дыр и роль энтропии
В классической физике слияние черных дыр считается обычным делом, порождающим мощные гравитационные волны. Однако обратный процесс — деление единого объекта на две части — долгое время считался невозможным из-за законов термодинамики. Ключевым препятствием здесь выступает энтропия, которая в изолированной системе не может самопроизвольно уменьшаться. Для стандартной статичной черной дыры разделение на два меньших фрагмента привело бы именно к такому запрещенному снижению уровня беспорядка в системе.
Исследователи, опубликовавшие свою работу 22 октября 2026 года в журнале Physical Review D, проанализировали условия, при которых этот фундаментальный космический запрет может быть временно обойден. Подобно тому, как для упорядочивания разбросанных предметов требуется внешняя энергия, расщепление космического объекта без дополнительных факторов противоречит базовым законам устройства Вселенной. Авторы исследования отмечают, что космос демонстрирует явное предпочтение процессам слияния.
В состав научной команды вошел Джакомо Каччапалья, исследователь из Французского национального центра научных исследований (CNRS) при Лаборатории теоретической физики и высших энергий — совместной лаборатории CNRS и Университета Сорбонна в Париже. Работа исследователей также затрагивает более экзотические сценарии, выходящие за рамки стандартных представлений общей теории относительности.
Вращение на предельной скорости как единственная лазейка
Ситуация меняется кардинально, когда речь заходит об объектах, вращающихся с колоссальной скоростью. Ученые установили, что экстремальный момент импульса меняет взаимосвязь между массой, вращением и энтропией, делая гипотетическую фазу деления математически возможной.
В нашем исследовании мы изучаем, какие физические законы обычно мешают черной дыре расколоться на две. Мы также исследуем, могут ли определенные обстоятельства позволить расколу произойти.
Франческо Саннино, соавтор исследования, профессор физики Университета Неаполя имени Федерико II и Центра квантовой теории поля в Университете Южной Дании
Даже преодолев термодинамический барьер за счет вращения, образовавшиеся фрагменты сталкиваются с механическим препятствием. Они должны успеть удалиться друг от друга на безопасное расстояние, чтобы избежать мгновенного повторного слияния под действием гравитации.
Но две получившиеся черные дыры также должны иметь возможность разделиться, а не сразу упасть обратно друг на друга. Когда мы включаем это требование, окно в основном снова закрывается, за исключением, возможно, черных дыр, вращающихся со скоростью, близкой к их максимально возможной скорости.
Франческо Саннино, Университет Неаполя имени Федерико II
Топология пары штанов и геометрическая форма горизонта событий
Если бы подобный процесс расщепления действительно реализовался на практике, граница черной дыры приобрела бы весьма специфическую конфигурацию в пространстве и времени. Вдоль временной оси единый горизонт событий сначала вытягивается, а затем разделяется на две отдельные ветви.
Получающаяся в результате такого разделения геометрическая форма напоминает предмет одежды с единым поясом и двумя расходящимися книзу элементами. Именно поэтому исследователи ввели в научный оборот термин «топология в виде пары штанов».
Расчеты показывают, что подобная трансформация протекает гораздо легче в моделях с дополнительными пространственными измерениями, выходящими за рамки стандартной общей теории относительности Эйнштейна. В таких экзотических сценариях распад может стать термодинамически выгодным, особенно если один из образующихся фрагментов значительно уступает по массе своему компаньону.
Перспективы косвенного обнаружения через гамма-телескопы
Поскольку прямых наблюдений деления массивных космических объектов астрономы пока не фиксировали, ученые возлагают надежды на поиск косвенных свидетельств. Теоретики предполагают, что к подобной фрагментации наиболее склонны не гигантские астрофизические объекты, а крошечные первичные черные дыры, возникшие в самые первые доли секунды после Большого взрыва.
Физики намерены использовать космические обсерватории для сканирования высокоэнергетического излучения. Поиски специфических сигналов от микроскопических фрагментов могут осуществляться с помощью специализированных приборов, включая гамма-телескоп Fermi-LAT, что позволит проверить теоретические выкладки о поведении гравитации в экстремальных условиях.
По теме
