Могут ли черные дыры появиться на свет?

В начале 21 века черные дыры кажутся привычными. Никто не удивляется, увидев, скажем, в новостях сюжет о наблюдениях одной из них с помощью приборов какой-нибудь рентгеновской космической обсерватории. Ученые активно обсуждают разные аспекты, связанные с этими удивительными объектами. Кто-то ждет, когда гравитационные антенны зафиксируют слияния черных дыр. Кто-то проявляет беспокойство по поводу планируемых ускорительных экспериментов, в которых могут образовываться (и тут же испаряться) крошечные черные дырочки. Кто-то рассчитывает спектры масс черных дыр, образующихся при коллапсе звезд. Кто-то моделирует эволюцию черных дыр в тесных двойных системах. Кто-то рассматривает вопрос о том, как найти близкие молодые черные дыры... Термин прижился. Редакторы не требуют от авторов как-то дополнительно его пояснять (совсем не то с кварковыми звездами или еще с какой-нибудь экзотикой). Однако в физике черных дыр есть немало белых пятен.

Хорошо известно, что, если вы бросите в черную дыру фонарик с очень "долгоиграющей" батарейкой, то вы никогда не увидите, как фонарик совсем исчезнет из виду (предполагается, что у вас есть идеально чувствительная аппаратура). Вам будет казаться, что фонарик падает все медленнее и медленнее. Свет от него будет все краснее и краснее (потом, все "радиее и радиее", т.к. вы будете регистрировать уже крайне низкочастотное радиоизлучение). Т.о., с точки зрения внешнего наблюдателя фонарик никогда не пересечет горизонт. Точно также можно говорить о том, что с точки зрения такого наблюдателя коллапс звезды, который должен был бы привести к формированию черной дыры, ибо никакие силы уже не могут удерживать вещество, никогда не закончится. Другое дело, что при этом всегда приговариваются такие слова: "Если наблюдатель будет падать вместе с веществом, то все будет по иному: он таки попадет внутрь взаправдашней черной дыры". Мы тоже приговаривали такие слова, ибо они являются стандартным результатом. Мы даже придумали прекрасную иллюстрацию коллапсирующего облака, состоящего из часов. Внешний наблюдатель всегда будет видеть часы в самом центре облака, но стрелки на них практически замрут.... Однако "стандартность" в таком вопросе еще не означает "окончательность". С черными дырами связано немало вопросов. Как они образуются? Испаряются ли они до конца? Что происходит с веществом, падающим в них? Что происходит с информацией? Есть много теорий, но ясно, что до окончательного ответа пока далеко. Ниже я постараюсь кратко описать суть недавно появившейся работы "Observations of incipient black holes and the information loss problem", написанной учеными из Case Western Reserve University (USA). Она появилась в Архиве в начале сентября 2006 г.: gr-qc/0609024. Среди авторов такой известный человек как Лоуренс Краусс (Lawrence Krauss).

Прежде чем перейти к сути результатов статьи замечу, что я -астрофизик, а не специалист в физике черных дыр или в близких областях теоретической физики. Надеюсь, что комментарии от специалистов не заставят себя ждать. По всей видимости статья станет предметом обсуждения на нескольких московских семинарах (в частности, семинара им. Зельманова в ГАИШ МГУ). Для тех, кто хочет перед тем, как двигаться дальше, посмотреть общую информацию о черных дырах на русском языке, рекомендую статью из "Физики космоса".

В статье рассматривает коллапс сферически симметричной доменной стенки. Авторы приводят несколько важных результатов. Первый из них не содержит сенсационности. Он лишь подтверждает, что и в случае квантового рассмотрения внешний наблюдатель никогда не дождется момента коллапса. Это означает, что, скажем, физики в ЦЕРНе, изучающие столкновения частиц с образованием черных дыр, не смогут ответить на вопрос "когда по их часам образовалась черная дыра". Поэтому оставим этот результат и перейдем к более удивительным.

Смотрите. Мы говорим, что с точки зрения внешнего наблюдателя горизонт никогда не образуется. Тем не менее наблюдатель должен видеть хоукинговское излучение. Т.е., с точки зрения внешнего наблюдателя даже в стандартной картине происходит довольно интересная вещь: черная дыра испаряется даже не образовавшись! Существенно более детальное рассмотрение привело авторов статьи к интересному заключению: доменная стенка полностью испаряется до образования горизонта. Более того, сопутствующий наблюдатель (падающий вместе со стенкой, но немного отстающий от нее) не пересечет никакого горизонта, ибо его просто нет! Все, что он увидит, это яркая вспышка, соответствующая полному испарению доменной стенки.

Этот результат имеет интересное следствие в смысле естественного разрешения т.н. информационного парадокса. Коли горизонт не образуется, то никакой потери информации и нет! Другое дело, если черная дыра существовала изначально. Такое, в принципе, возможно. Это случай т.н. первичных черных дыр. Вероятно, пишут авторы, есть разница между вселенными, в которых изначально черные дыры (т.е. горизонты) есть, и теми, в которых они отсутствуют.

Важным выводом статьи является то, что ускорительные эксперименты не могут привести к появлению "настоящих черных дыр", т.е. ни в какой системе отсчета горизонт в таком эксперименте не образуется. Другой важный вывод состоит в том, что излучение черных дыр не будет иметь точно чернотельный спектр. В принципе, это не новость, и в расчетах ускорительных экспериментов это уже было отмечено. Тем не менее, результат очень важен, поскольку получен достаточно общего случая.

Разумеется, результаты получены в рамках определенных предположений и упрощений. Авторы кратко обсуждают их в конце статьи, но я, не будучи специалистом, воздержусь от комментариев по этому поводу. Краткие комментарии специалистов сводятся к тому, что роль предположений может быть очень велика.

Авторы, разумеется, обсуждают, как их результаты могут быть проверены. Кроме астрономических данных и ускорительных экспериментов, они обращаются к моделированию черных дыр в физике конденсированных сред. Не уверен, что такие аналогии могут дать окончательное подтверждение (или опровержение), тем не менее, это также очень интересно. Будем ждать развития событий.

Я благодарю К.А. Постнова за указание на статью и обсуждение и С.О. Алексеева за комментарии к тексту.