Группа физиков из США предложила теоретические ограничения на время существования черной дыры, теряющей массу за счет излучения Хокинга. Выводы, основанные на принципах сохранения энергии и квантовой унитарности, опубликованы в электронной библиотеке arXiv.
Еще в 1970-х Стивен Хокинг показал, что черные дыры постепенно испаряются, теряя массу через излучение, однако оставался открытым вопрос о том, как именно и как долго протекает финальная стадия этого процесса, когда дыра становится очень маленькой.
В новой работе физики разделили жизнь черной дыры на три условных этапа. Первый — это активное испарение, которое длится пропорционально кубу начальной массы и хорошо описывается существующей теорией. Затем следует гипотетическая пауза, когда дыра планковского размера временно перестает излучать. И наконец, третий этап — очищение, на котором вся запутанная квантовая информация должна покинуть дыру, чтобы та могла исчезнуть «чисто», не нарушая законов физики.
Ученые выяснили, что даже в самом быстром варианте эта финальная стадия очищения не может длиться меньше времени, пропорционального четвертой степени начальной массы черной дыры, что заметно дольше этапа активного испарения. Если же предположить, что маленькая черная дыра оказывается метастабильной, то есть задерживается в промежуточном состоянии, то финальная стадия растягивается на экспоненциально долгое время — для массивных дыр намного больше возраста Вселенной.
Полученные результаты важны для космологии, поскольку они предсказывают возможное существование крошечных планковских остатков после испарения крупных черных дыр. Такие объекты, в свою очередь, рассматриваются как одни из кандидатов на роль загадочной темной материи.