Специалисты из Университета Нагои, расположенного в Японии, представили свежий подход к поиску потенциальной скрытой материи или неизвестных физических процессов в окрестностях чёрных дыр. По мнению авторов работы, подобные следы возможно обнаружить, анализируя гравитационные волны — возмущения пространственно-временной структуры, порождаемые столкновениями и последующим объединением этих объектов. Результаты исследования были обнародованы в научном издании Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

В рамках общей теории относительности, созданной Альбертом Эйнштейном, чёрная дыра может быть охарактеризована всего лишь тремя базовыми характеристиками: массой, угловым моментом и электрическим зарядом. Это положение известно как «теорема об отсутствии волос», которая утверждает, что у подобного объекта нет иных внешних признаков. Тем не менее, физики допускают вероятность того, что вблизи чёрной дыры может присутствовать добавочное вещество или возникать эффекты, которые не удается наблюдать напрямую. Такое гипотетическое образование учёные обозначили термином «скрытые волосы».

Для выяснения способов их выявления группа исследователей, возглавляемая Ариадной Ушке из Университета Нагои, провела анализ теоретических моделей чёрных дыр, окруженных небольшим количеством вещества. Основное внимание в работе было сосредоточено на гравитационных волнах, которые испускаются сразу после слияния двух чёрных дыр. В такой момент пространство-время продолжает колебаться, причём интенсивность сигнала постепенно снижается. Данная фаза получила название «кольцевание», поскольку она напоминает затухающий звон колокола после удара.

Для изолированной чёрной дыры параметры такого сигнала должны определяться исключительно её массой, вращением и зарядом. Однако наличие дополнительной материи может влиять на частотные характеристики волн и на темп их затухания. В ходе исследования было установлено, что эти показатели изменяются неодинаково. Вследствие этого сравнение частоты и скорости уменьшения амплитуды сигнала может предоставить возможность выяснить, существует ли вблизи чёрной дыры постороннее вещество.

«Волны, испускаемые при кольцевании, способны не только подтвердить факт внешнего воздействия на чёрную дыру, но и подсказать особенности этой невидимой материи», — отмечает главный автор работы Ариадна Ушке.

Тем не менее, реально зафиксировать «волосы» у чёрных дыр пока никому не удалось. Предложенное японскими специалистами решение является лишь теоретическим инструментом поиска, который ещё предстоит проверить с помощью фактических данных, полученных при наблюдении гравитационных волн. Если в будущем после очередных слияний чёрных дыр будут зарегистрированы соответствующие аномалии, это может послужить доводом в пользу наличия материи или физических явлений, выходящих за рамки простого описания чёрной дыры.