Что, если внутри чёрной дыры окажется звезда?

Что находится внутри чёрной дыры? Стандартный ответ из учебников — сингулярность. Пересеките горизонт событий, и вы будете падать внутрь, к центральной точке с бесконечной плотностью, где наши уравнения дают бессмысленные результаты. Это не столько ответ, сколько признание того, что возможности современной физики исчерпаны.

Однако Чэнь Тань и Юн‑Цян Ван из Ланчжоуского университета недавно опубликовали гораздо более интересное описание. В своей статье они описывают конфигурацию, которую называют «нейтронная звезда в чёрной дыре».

Исследование началось с идеи, возникшей ещё в прошлом году. Некоторые экзотические формы тёмной материи, сгруппированные в гало с особым соотношением давления и плотности, могут образовывать чёрные дыры без сингулярности в центре! Это так называемые «регулярные чёрные дыры», у которых описывающие их уравнения остаются корректными вплоть до самого центра. Тан и Ван задались вопросом: что произойдёт, если поместить обычную нейтронную звезду в центр одного из таких гало?

Ответ, полученный с помощью стандартных уравнений звёздной структуры, оказался необычным. При плотности гало ниже определённого значения ничего удивительного не происходит, и в результате получается нейтронная звезда, окружённая облаком тёмной материи и слегка сплюснутая. При плотности выше определённого значения вся система коллапсирует, и стабильного решения не существует.

Но между этими двумя случаями в пространстве непосредственно за пределами звезды происходит нечто странное. В одной из их моделей формируется оболочка, простирающаяся на расстояние от примерно 10 до 12 километров, причём поверхность самой звезды находится на отметке 8,5. Здесь геометрия меняется на противоположную и становится такой же, как внутри чёрной дыры. Иными словами, это горизонт событий, но такой, который охватывает звезду, а не создаётся ею. А внутри нейтронная звезда просто продолжает существовать — обычная, структурированная, полностью лишённая сингулярностей.

Ключевым моментом в этой модели является то, что ничего не коллапсирует. Гравитация, формирующая горизонт событий, исходит от звезды и гало в совокупности, причём на долю тёмной материи приходится примерно столько же, сколько на долю самой звезды. Команда получила тот же итог, используя два разных описания вещества нейтронной звезды, что позволяет предположить, что это не является следствием какого‑то одного конкретного допущения.

Тем не менее требуемые в данном случае значения плотности тёмной материи намного превышают всё, что астрономы на самом деле ожидают от тёмной материи. Разработчики не утверждают, что описывают реальный объект. Это скорее мысленный эксперимент с математическим наполнением. Он сообщает о том, что описание внутреннего пространства чёрной дыры не обязательно выходит за пределы возможностей физики.