Моделирование указывает на то, что в теории горизонт событий чёрной дыры может резко увеличить свою площадь — едва ли не до бесконечности. А вот возникает ли при этом у ЧД «фрактальная кожа» — пока не очень ясно…

Пол Чеслер (Paul Chesler) из Гарвардского университета (США) с помощью коллег взялся выяснить, как именно ведёт себя типичная чёрная дыра (ЧД) за трапезой.

Выводы необычны: похоже, при определённых условиях площадь поверхности ЧД в ходе этого процесса может стремиться к бесконечности.

Сверхмассивная чёрная дыра (СМЧД), располагающаяся в центре каждой галактики, решающим образом влияет на развитие сгрудившихся вокруг неё миллиардов звёзд и, по сути, определяет ход галактической эволюции — причём именно при поглощении окружающей материи и выплёвывании её «излишков». Но вот как конкретно это происходит — вопрос.

Иные ЧД долго вообще ничего не поглощают, а другие, напротив, пожирают газ так активно, что их окрестности неплохо видно (не в оптическом, понятно, диапазоне) за миллиарды световых лет. Очевидно, питаться они могут по-разному. Но что именно регулирует интенсивность этого процесса?

Рис. 1. Если на месте каждого фрагмента «поверхности» горизонта событий будет образовываться ещё более мелкая самоподобная фигура, то теоретически общая площадь горизонта в таких условиях может устремиться к бесконечности. (Иллюстрация Wikimedia Cоmmons.)

Группа г-на Чеслера использовала тот факт, что с математической точки зрения уравнения эйнштейновской ОТО, затрагивающие поведение гравитации близ чёрных дыр, и уравнения гидродинамики довольно близки. Учёные попробовали приложить анализ турбулентности (один из разделов гидродинамики) к условиям окрестностей ЧД, применив суперкомпьютеры — иначе реалистичные модели требовали бы слишком длительной обработки.

Позволив моделям «турбулентности» развиваться в симулируемых чёрных дырах подольше, авторы работы обнаружили, что поверхность ЧД в таких условиях стала приобретать черты поверхностности, сложенной из фракталов — элементов, обладающих свойством самоподобия (то есть таких, любая часть которых подобна всему множеству). Поверхность ЧД развивалась в сложные элементы, площадь которых постоянно увеличивалась, что, по мнению исследователей, было следствием самоорганизации на её горизонте событий постоянно усложняющейся фрактальной поверхности, всё более геометрически изощрённой. В теории моделируемая чёрная дыра должна была всё эффективнее поглощать материю, так как её «трапеза» связана с поверхностью горизонта событий ЧД.

Разумеется, учёные работали с относительно «лёгкими» моделями чёрных дыр, в которых многие моменты были значительно упрощены (иначе вычисления были бы вечными). Поэтому не очень ясно, до какой именно степени такое поведение реально свойственно поглощающим материю ЧД. Определённо можно сказать лишь то, что, будь площадь их горизонта событий столь быстро разрастающейся, скорость роста ЧД при неких условиях достигла бы чрезвычайно высокого значения. Впрочем, в ранней истории Вселенной нечто подобное и происходило.

В то же время современные СМЧД вроде той, что находится в центре нашей Галактики, имеют сравнительно умеренный аппетит, и количество материи, которое они могут поглотить в единицу времени, согласно более ранним исследованиям, выглядит довольно жёстко лимитированным.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.