Физики из Университета Ланьчжоу Чэнь Тань и Юн-Цян Ван предложили теоретическую модель, в которой внутри горизонта событий чёрной дыры может находиться целая, неповреждённая нейтронная звезда. Их работа — не сенсация с неба, а скорее математический мысленный эксперимент, который, тем не менее, заставляет иначе взглянуть на вопрос: что же на самом деле скрывается за границей, откуда не возвращается даже свет?

Что обычно отвечают на вопрос о внутренностях чёрной дыры

Стандартный ответ из учебников — сингулярность. Пересеки горизонт событий, и всё вещество устремится к точке бесконечной плотности, где уравнения общей теории относительности теряют смысл. Это не столько объяснение, сколько признание: физика здесь заканчивается. Но что, если внутри может существовать нечто более привычное — например, звезда?

Нейтронная звезда — объект экстремальный, но понятный. Она сжимает около полумиллиона масс Земли в сферу шириной примерно с Манхэттен. В решении Таня и Вана одна такая звезда остаётся целой внутри горизонта событий: её поверхность находится на радиусе 8,5 километра, а горизонт начинается на 10.

Тёмная материя без сингулярности

Отправной точкой послужила идея, появившаяся годом ранее. Некоторые экзотические формы тёмной материи, организованные в гало с определённым соотношением давления и плотности, могут порождать чёрные дыры без сингулярности в центре. Такие объекты называют «регулярными чёрными дырами»: уравнения в них остаются разумными вплоть до самого центра. Тань и Ван задались вопросом: что произойдёт, если поместить обычную нейтронную звезду в середину такого гало?

Ответ, полученный из стандартных уравнений звёздной структуры, оказался неожиданным. При плотности гало ниже определённого порога ничего драматического не случается: звезда просто оказывается окружённой слегка сплюснутым облаком тёмной материи. Выше порога — всё схлопывается, и устойчивого решения не существует.

Но между этими двумя крайностями, в пространстве сразу за поверхностью звезды, возникает нечто странное. В одной из моделей формируется оболочка, простирающаяся примерно от 10 до 12 километров от центра, тогда как поверхность самой звезды находится на 8,5 километра. Геометрия пространства-времени здесь меняется и становится внутренностью чёрной дыры. Иными словами, образуется горизонт событий — но не созданный коллапсом звезды, а словно накрывающий её сверху. Внутри же нейтронная звезда продолжает существовать: регулярная, структурированная, без всякой сингулярности.

Ключевой момент: ничего не коллапсировало

Принципиально важно, что в этой модели ничто не схлопывалось. Гравитация, создающая горизонт, складывается из вкладов звезды и гало, причём тёмная материя даёт примерно столько же массы, сколько сама звезда. Авторы получили один и тот же результат, используя два разных описания вещества нейтронной звезды, что указывает: вывод не является артефактом какого-то одного конкретного предположения.

Разумеется, есть оговорка, которую исследователи формулируют прямо. Требуемые плотности тёмной материи намного превышают всё, что астрономы реально ожидают найти во Вселенной. Это не утверждение о существовании таких объектов где-то в небе, а скорее мысленный эксперимент с доведённой до конца математикой. Он показывает: внутренность чёрной дыры не обязана быть концом физики. Существует по крайней мере одно решение, в котором это место — с чем-то внутри.

Задача остаётся той же, что и для любых чёрных дыр: их нужно обнаружить. Возможно, однажды один из таких необычных объектов будет найден — и тогда привычная картина сингулярности, точки, где ломаются все законы, окажется лишь частным случаем. Кстати, мы уже писали о том, что сингулярность в чёрной дыре — это не точка, а трёхмерная поверхность, и новая работа из Ланьчжоу добавляет ещё один аргумент в пользу того, что наши представления о внутренностях этих объектов далеки от полноты.

А если говорить о самих нейтронных звёздах, то недавние наблюдения показали, насколько необычной может быть их физика: например, нейтронная звезда остыла на 4% за несколько лет, что подтвердило существование сверхтекучего состояния в её недрах. Возможно, именно такие экзотические свойства вещества позволят звезде сохранять структуру даже внутри горизонта событий — если, конечно, где-то во Вселенной найдутся гало тёмной материи с нужной плотностью.