Турбулентни черни дупки растат като невидели

Моделиране сочи, че на теория хоризонтът на събитията на черна дупка може рязко да увеличи своята площ – едва ли не до безкрайност.

Пол Чеслър от Харвардския университет (САЩ) и колегите му се заели да изяснят как се държи типичната черна дупка на „трапезата“.

Изводите са необичайни: изглежда, при определени условия площта на повърхността на черната дупка в хода на този процес може да се стреми към безкрайност.

Свръхмасивната черна дупка, разположена в центъра на всяка галактика, влияе по решаващ начин на развитието на скупчените около нея милиарди звезди и всъщност определя хода на галактичната еволюция – и то именно при поглъщане на околната материя и изплюване на нейните „излишъци“.

Но как конкретно се случва това, не се знае. Едни черни дупки дълго време нищо не поглъщат, а други, напротив – изяждат газа толкова активно, че околностите им се виждат добре (естествено, не в оптичния диапазон) на милиарди светлинни години. Очевидно те може да се хранят различно. Но какво именно регулира интензивността на този процес?

Екипът на Чеслър използвал факта, че от математична гледна точка уравненията на Айнщайновата обща теория на относителността, засягащи поведението на гравитацията близо до черни дупки, и уравненията на хидродинамиката са доста близки.

Учените опитали да приложат анализ на турбулентност (един от разделите на хидродинамиката) към условията в околностите на черните дупки, използвайки суперкомпютри – иначе реалистичните модели биха изисквали прекалено дълга обработка.

Като оставили моделите на „турбулентността“ да се развиват в симулирана черна дупка по-дълго, авторите открили, че повърхността на черната дупка в такива условия започвала да придобива черти на повърхност, образувана от фрактали – елементи, притежаващи свойството на самоподобие (тоест всяка част е подобна на цялото множество).

Повърхността на черната дупка се развивала в сложни елементи, чиято площ се увеличавала постоянно, което според изследователите е било следствие от самоорганизацията на нейния хоризонт на събитията в постоянно усложняваща се фрактална повърхност, с все по-голяма геометрична сложност.

На теория моделираната черна дупка трябвало все по-ефективно да поглъща материя, тъй като нейната „трапеза“ е свързана с повърхността на хоризонта на събитията.

Учените работили с относително „леки“ модели черни дупки, в които много моменти били значително опростени (иначе изчисленията биха били вечни). Затова не е много ясно до каква степен такова поведение реално е присъщо на поглъщащата материя черна дупка.

Определено може да се каже само, че ако хоризонтът на събитията се разраства толкова бързо, скоростта на нарастване на черната дупка при известни условия би достигнала изключително висока стойност. Впрочем в ранната история на Вселената се е случило нещо подобно.

В същото време съвременните свръхмасивни черни дупки от рода на Стрелец А* в центъра на нашата галактика, имат сравнително умерен апетит и количеството материя, което могат да погълнат за единица време, според предишни изследвания изглежда доста ограничено.

Отчет за изследването е публикуван в сп. Physical Review Letters.