Черные дыры – это массивные объекты, обладающие колоссальной силой притяжения. Они искривляют физическую трехмерную конструкцию измерений, дополненную четвертым временным. Поэтому при построении математических моделей черных дыр, математикам приходится включать поправки, которые уточняют эту кривизну, так как устойчивость черных дыр при небольших изменениях в пространстве-времени – основное условие таких математических моделей. Математически неустойчивые черные дыры не имеют физического смысла: объекты, которые они описывают, не могут существовать.
Научный сотрудник Института гравитации и космологии РУДН Роман Конопля вместе с коллегой Александром Жиденко разработали подход, который поможет определить область устойчивости моделей черных дыр.
«Устойчивость черной дыры к малым возмущениям пространства-времени —необходимое условие жизнеспособности рассматриваемой модели. Один из наиболее перспективных подходов к построению альтернативных теорий гравитации связан с добавлением поправок к уравнению Эйнштейна. Среди них важную роль играет поправка четвертого порядка — Гаусса-Бонне — и ее обобщение на более высокие порядки — поправки Лавлока», – рассказывает Роман о своем исследовании.
Ученые изучили эйкональную гравитационную неустойчивость асимптотически плоских черных дыр де Ситтера и анти-де Ситтера в четырехмерных теориях Эйнштейна–Гаусса–Бонне и Эйнштейна–Лавлока. Они выяснили, что область неустойчивости для различных порядков гравитации Лавлока, прочно связана со значениями космологических констант связи — числовых коэффициентов, на которые умножаются вносимые в уравнение Эйнштейна поправки. Они также выяснили, что модель Эйнштейна—Гаусса—Бонне почти всегда неустойчива, если такие константы достаточно большие по сравнению с другими параметрами, такими, как например радиус черной дыры. Поэтому в этой модели не могут существовать небольшие черные дыры.
На основе своих расчетов физики разработали программный код, который помогает построить область неустойчивости для произвольного набора параметров. Это позволяет получить для четырехмерных черных дыр Гаусса—Бонне область устойчивости в аналитической форме.
«Предложенный нами подход позволяет тестировать на стабильность модели черных дыр. Коллеги могут воспользоваться опубликованным нами кодом, чтобы построить область нестабильности для моделей с произвольным набором параметров», — добавил Роман.
Исследование: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2212686420303496
Фото: NASA/JPL-Caltech
