Голая сингулярность

В концепции вращающихся чёрных дыр показано, что быстро вращающаяся сингулярность может стать кольцеобразным объектом. Это приводит к появлению двух горизонтов событий, а также эргосферы, которые сближаются по мере того, как спин сингулярности возрастает. При слиянии внешнего и внутреннего горизонтов событий, они сжимаются к вращающейся сингулярности и в конце концов отгораживают остальную Вселенную.

Достаточно быстро вращающаяся сингулярность может возникнуть в результате коллапса пыли или сверхновой звезды.

Голая сингулярность является примером математической сложности (сжатие до бесконечной плотности), который демонстрирует более глубокую проблему в понимании этого физического процесса. Приемлемое решение данной проблемы должна помочь найти пока еще не разработанная функциональная теория квантовой гравитации.

Исчезновение горизонта событий существует в метрике Керра, которая описывает вращающуюся чёрную дыру в вакууме. В частности, если её момент импульса достаточно велик, горизонт событий исчезнет. Преобразовав метрику Керра в координаты Бойера-Линдквиста, можно показать[6], что координата ${\displaystyle r}$ (которая не является радиусом) горизонта событий

${\displaystyle r_{\pm }=\mu \pm (\mu ^{2}-a^{2})^{1/2}}$,

где ${\displaystyle \mu =GM/c^{2}}$, и ${\displaystyle a=J/Mc}$. В этом случае, «исчезновение горизонта событий» означает, что решения являются комплексными для ${\displaystyle r_{\pm }}$, или ${\displaystyle \mu ^{2}<a^{2}}$.

Исчезновение горизонта событий также можно увидеть в метрике Райсснера-Нордстрема для заряженной чёрной дыры. В этой метрике можно показать[7], что сингулярность возникает при

${\displaystyle r_{\pm }=\mu \pm (\mu ^{2}-q^{2})^{1/2}}$,

где ${\displaystyle \mu =GM/c^{2}}$, и ${\displaystyle q=GQ^{2}/(4\pi \epsilon _{0}c^{4})}$. Из трёх возможных случаев для относительных значений ${\displaystyle \mu }$ и ${\displaystyle q}$, в случае где ${\displaystyle \mu ^{2}<q^{2}}$, оба значения ${\displaystyle r_{\pm }}$ являются комплексными. Это означает, что метрика является регулярной для всех положительных значений ${\displaystyle r}$, или, другими словами, сингулярность не имеет горизонта событий.

Наличие голой сингулярности позволит учёным наблюдать сжатие объекта до бесконечной плотности, которое при нормальных обстоятельствах невозможно. По ряду оценок, отсутствие горизонта событий позволит голым сингулярностям излучать свет[8]. В то же время, принцип космической цензуры, сформулированный в 1970 году Роджером Пенроузом, утверждает, что голая сингулярность не может возникнуть в нашей Вселенной при реальных начальных условиях.

• Научно-фантастическая трилогия Майкла Харрисона (Свет, Новый размах и Пустое пространство) посвящена исследованиям голой сингулярности.
• «Темная опасность» Джеймса Гласса (опубликовано в журнале Astounding Science Fiction, март 2005 г.) описывает ситуацию, когда экипаж космического корабля попадает в эргосферу чёрной дыры или сингулярности, и каким образом он выбирается из этой, казалось бы, безвыходной ситуации.
• В серии космических опер «Xeelee Sequence» Стивена Бакстера описано массивное кольцо, которое создаёт голую сингулярность. Она используется героями опер для перемещения в другую вселенную.
• В американском фантастическом телесериале Звёздный крейсер «Галактика» в эпизоде под названием «Daybreak» (2004) колония Сайлон вращается по орбите вокруг голой сингулярности.
• В трилогии Питера Гамильтона «Рассвет» (англ. The Night's Dawn) «спящий бог», по-видимому, является голой сингулярностью.
• В компьютерной игре «Космическая станция 13» двигатели станции вырабатывают энергию за счет маленькой голой сингулярности.

• Кольцеобразная сингулярность
• Планковская звезда

• M. C. Werner and A. O. Peters, «Magnification relations for Kerr lensing and testing cosmic censorship», Physical Review D, Vol. 76, Issue 6 (2007).
• Pankaj S. Joshi, «Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?» Архивировано 25 мая 2012 года., Scientific American, January 2009.
• Marcus Chown, «Fast-spinning black holes might reveal all» New Scientist, August 2009.

• Существование голых сингулярностей в черных дырах ставит под сомнение сильный принцип космической цензуры // Science Alert на Лента. Ру, март 2018