У загальній теорії відносності, інфляція маси або роздування маси — це явище всередині обертових або заряджених чорних дір, в якому взаємодія вихідного та вхідного випромінювання на горизонті Коші призводить до того, що параметр внутрішньої гравітаційної маси чорної діри стає необмеженим на цьому горизонті. Це також передбачає існування слабкої нульової сингулярності на горизонті Коші обертової або зарядженої чорної діри. Інфляцію маси було підтверджено чисельно для сферичної зарядженої чорної діри Ліором Бурко в 1997 році та для незарядженої обертової чорної діри Міхалісом Дафермосом та Джонатаном Луком у 2017 році.

Розходження параметра гравітаційної маси У колапсуючої зорі випромінюється гравітаційне випромінювання, яке забирає інформацію про всі початкові характеристики початкової зорі, окрім її маси, заряду та спіну, згідно з теоремою про відсутність волосся. Частина випромінювання вилітає в нескінченність, а частина розсіюється назад на кривині простору-часу та поглинається новоутвореною чорною дірою.

Інфляція маси відбувається тому, що коли гравітаційне випромінювання наближається до горизонту Коші, області нескінченного синього зсуву, воно також страждає від постійно зростаючого синього зсуву, а його щільність енергії відповідно безмежно зростає.

Якщо не враховувати пертурбації, спричинені колапсуючою зорею в межах внутрішнього горизонту, накопичення цього гравітаційного випромінювання не матиме жодного ефекту, адже горизонт Коші та видимий внутрішній горизонт, область нескінченного червоного зміщення для спостерігачів всередині горизонту, фактично «компенсують» себе, і інфляція маси не відбудеться. Але коли вихідне випромінювання від колапсуючої зорі перетинає внутрішній горизонт, горизонт Коші та видимий горизонт розходяться, запобігаючи компенсації та дозволяючи відбутися інфляції маси. Ці вхідні та вихідні потоки випромінювання та потік енергії випромінювання, що зміщується в блакитний колір, збільшують гравітаційну силу, яка ще більше прискорює потоки, що потім збільшує гравітаційну силу, створюючи позитивний зворотний зв'язок, який призводить до неконтрольованого зростання параметра гравітаційної маси (також званого внутрішньою функцією маси).

Для реалістичної астрофізичної чорної діри в класичній (неквантовій) загальній теорії відносності ця інфляція маси спричинена лише акрецією протягом останніх кількох сотень разів перетину чорної діри (а не у далекому минулому чи майбутньому). Як не парадоксально, швидкість акреції чорної діри обернено пропорційна швидкості посилення функції маси, якщо тільки швидкість акреції не близька до максимуму.

Сингулярність Розбіжність параметра гравітаційної маси має цікаві локальні наслідки для протяжного падаючого об'єкта: оскільки параметр маси визначає кулонівську складову локальної кривизни всередині чорної діри, збільшення параметра призведе до посилення припливних сил, що локально відчуваються об'єктом. Це призводить до сингулярності кривизни на горизонті Коші, відомої як сингулярність інфляції маси , сингулярність горизонту Коші.

У 1991 році Амос Орі підтвердив, що сингулярність є деформаційно слабкою: хоча об'єкт зазнаватиме нескінченних приливних сил в сингулярності, приливне спотворення об'єкта у всіх трьох просторових вимірах все одно буде скінченним. Це означає, що макроскопічний об'єкт не буде розчавлений.

У 1997 році Ліор Бурко чисельно підтвердив, що для чорної діри Рейсснера-Нордстрема вся нульова сингулярність є слабкою.

Аналіз більш реалістичного сценарію гравітаційного колапсу, проведений Ходом та Піраном, підтвердив висновки Бурко, чисельно підтвердивши, що інфляція маси все ще відбувається в гравітаційному колапсі сферичної зарядженої чорної діри з реалістичними початковими параметрами, і результуюча сингулярність все ще є слабкою та нульовою.

У 2016 році Бурко, Ханна та Зенгіноолу виявили, що швидкість збільшення кривини поблизу горизонту Коші була набагато нижчою, ніж було виявлено раніше за допомогою пертурбативного аналізу.

З іншого боку, Гамільтон та Авеліно стверджують, що реалістична астрофізична чорна діра не мала б слабкої нульової сингулярності на горизонті Коші. Вони стверджували, що запропонована сингулярність не змогла б існувати, якби щось у неї впало. Навіть якби чорна діра залишалася ізольованою назавжди, створення пар поблизу внутрішнього горизонту запобігло б утворенню слабкої нульової сингулярності. Натомість кінцевим результатом масової інфляції була б центральна, просторовоподібна сингулярність типу BKL.

Вплив квантових ефектів Вчені розходяться в думках щодо ступеня впливу квантових ефектів на інфляцію маси. Деякі вчені, включаючи самих Пуассона та Ізраїля, припустили, що навіть з урахуванням квантових ефектів сингулярність інфляції маси, ймовірно, все ще існуватиме. Однак Гамільтон та Авеліно стверджують, що на інфляцію маси суттєво впливає квантова гравітація, і що загибель спостерігача в достатньо великій чорній дірі (аби не спагетіфікувати їх до досягнення горизонту Коші) буде спричинена суперпланківською кривизною, а не нульовою сингулярністю на горизонті Коші.

Якщо інфляція маси існує, попри взаємодію квантової гравітації, вона, ймовірно, відрізнятиметься від того, що передбачає загальна теорія відносності.

Тензор енергії-напруження також розходиться квантово-механічно швидше, ніж класично, що, за теоріями Пуассона та Бальбіно, може, у свою чергу, впливати на функцію маси. Існування поля Хіггса також впливає на динаміку інфляції маси: у чорній дірі без поля Хіггса інфляція маси складатиметься з циклів експоненціального зростання, тоді як у чорній дірі з полем Хіггса таких циклів не відбуватиметься, і функція маси зростатиме монотонно.

Подальші наслідки

Нон-детермінізм за межами горизонту Коші Після того, як Роджер Пенроуз у 1960-х роках зазначив, що горизонт Коші чорної діри є областю нескінченного блакитного зсуву, притаманна непередбачуваність простору-часу за горизонтом спантеличувала вчених протягом десятиліть. Це було б особливо проблематично, оскільки порушувало б класичний погляд на детермінізм.

Це стало основою сильної гіпотези космічної цензури Роджера Пенроуза 1979 року, в якій він стверджував, що горизонт Коші не може існувати, оскільки будь-які збурення, спричинені проходженням гравітаційних хвиль, призвели б до колапсу горизонту в сильну простороподібну сингулярність. Однак у 2018 році математики Міхаліс Дафермос та Джонатан Люк спростували цю гіпотезу, математично підтвердивши існування сингулярності в просторі-часі Керра. Незважаючи на це, математики виявили, що існування слабкої нульової сингулярності на горизонті Коші запобігатиме існуванню множинних розв'язків рівнянь Ейнштейна за горизонтом Коші, тим самим «рятуючи» детермінізм. Натомість вони висунули теорію, що простір-час за горизонтом Коші недостатньо гладкий, щоб взагалі використовувати рівняння Ейнштейна.

Червоточини Дослідження показали, що центральна сингулярність у чорних дірах Рейсснера-Нордстрема та Керра є часоподібною, що потенційно дозволяє матерії, що падає, повністю уникнути сингулярності та «тунелювати» в інший всесвіт. Однак існування сингулярності на горизонті Коші свідчить про те, що такий «тунель Керра» буде закритим, що запобігатиме використанню будь-якими речовинами, що падають, його як червоточинуі. Однак, якби сингулярність була вирішена ефектами квантової гравітації, червоточина, що веде в білу діру, все ще могла б існувати всередині ядра чорної діри.

Посилання і