Вчені перевірять, чи можуть чорні діри потрапити в кротові нори

Опубликованно 16.08.2020 04:50

Астрономи думають, що вони могли б виявити чорні діри, що падають у червоточини, використовуючи брижі в просторі-часу, відому як гравітаційні хвилі, але тільки якщо червоточини дійсно існують і такий сценарій коли-небудь трапився, показує нове дослідження.

Згідно з Ейнштейном, який першим передбачив існування гравітаційних хвиль в 1916 році, гравітація є результатом того, як маса викривляє простір і час. Коли два або більше об'єкти рухаються всередині гравітаційного поля, вони створюють гравітаційні хвилі, які рухаються зі швидкістю світла, розтягуючи і стискаючи простір-час на своєму шляху.

Гравітаційні хвилі надзвичайно важко виявити, тому що вони надзвичайно слабкі, і навіть Ейнштейн не був упевнений, чи існують вони насправді і чи будуть вони виявлені. Після десятиліть роботи вчені повідомили про перших прямих доказах існування гравітаційних хвиль в 2016 році, виявлених за допомогою лазерної інтерферометричної гравітаційно-хвильової обсерваторії (LIGO).

Кротові нори - це тунелі в просторі-часі, які теоретично можуть дозволити подорожувати куди завгодно в часі і просторі або навіть в іншу всесвіт. Загальна теорія відносності Ейнштейна допускає можливість існування кротячих нір, хоча існують вони насправді - інше питання.

В принципі, все червоточини нестабільні і закриваються в момент відкриття. Єдиний спосіб зберегти їх відкритими і прохідними - це використовувати екзотичну форму матерії з так званої "негативної масою". Така екзотична матерія володіє дивовижними властивостями, в тому числі відлітає від стандартного гравітаційного поля, а не падає на нього, як звичайна матерія. Ніхто не знає, чи існує така екзотична матерія насправді.

У багатьох відносинах червоточина нагадує чорну діру. Обидва типи об'єктів надзвичайно щільні і володіють потужним гравітаційним тяжінням об'єктів для свого розміру. Основна відмінність полягає в тому, що жоден об'єкт теоретично не може вийти назад після входу в горизонт подій чорної діри - поріг, при якому швидкість, необхідна для виходу з гравітаційного поля чорної діри, що перевищує швидкість світла, - тоді як будь-який об'єкт, що входить в червоточину, теоретично може змінити курс.

Припускаючи, що червоточини можуть існувати, вчені досліджували гравітаційні сигнали, що генеруються, коли чорна діра обертається навколо кротової нори, для нової статті, яка ще не була рецензована. Вчені також дослідили, що може статися, коли чорна діра входить в один отвір червоточини, виходить з іншого гирла червоточини в іншу точку простору-часу, а потім - за умови, що чорна діра і червоточина гравітаційно пов'язані один з одним - падає назад. в червоточину і виходить з іншої сторони.

У комп'ютерних моделях дослідники проаналізували взаємодії між чорною дірою, в п'ять разів перевищує масу Сонця, і стійкої прохідною червоточиною, в 200 разів перевищує масу Сонця, з горлом в 60 разів ширше чорної діри. Моделі припускали, що гравітаційні сигнали, на відміну від тих, що спостерігалися дотепер, будуть виникати, коли чорна діра входить в кротовую нору і виходить з неї.

Коли дві чорні діри зближуються по спіралі, їх орбітальні швидкості збільшуються, як у фігуристів, які притискають руки ближче до тіла. В свою чергу, частота гравітаційних хвиль збільшується. Звук, який виробляють ці гравітаційні хвилі, являє собою цвірінькання, дуже схоже на швидке збільшення висоти звуку в свистке, оскільки будь-яке збільшення частоти відповідає збільшенню висоти звуку.

Якщо б хтось спостерігав, як чорна діра спіраллю перетворюється в червоточину, можна було б побачити щебетання, дуже схоже на зустріч двох чорних дір, але гравітаційний сигнал від чорної діри швидко зникне, оскільки вона випромінює велику частину своїх гравітаційних хвиль на іншій стороні червоточини. (Навпаки, коли дві чорні діри стикаються, в результаті виникає гігантський сплеск гравітаційних хвиль.)

Якщо б хтось спостерігав, як чорна діра виходить з червоточини, він би побачив "анти-щебет". Зокрема, частота гравітаційних хвиль від чорної діри буде зменшуватися в міру того, як вона віддаляється від червоточини.

По мірі того, як чорна діра продовжує переміщатися в кожен отвір червоточини і виходити з неї, вона буде генерувати цикл цвірінькання і анти-цвірінькання. Інтервал часу між кожним чириканьем і анти-чириканьем скорочувався з часом, поки чорна діра не застрягла в горлі червоточини. Виявлення гравітаційного сигналу такого роду може підтвердити існування червоточини.

У цьому сценарії, зрештою, чорна діра перестане потрапляти в червоточину і випадати з неї і осяде біля її горла. Наслідки такого фіналу повністю залежать від спекулятивних властивостей екзотичної матерії, виявленої в горлі червоточини. Одна з можливостей полягає в тому, що чорна діра ефективно збільшила масу червоточини, і червоточина може не містити досить екзотичною матерії, щоб залишатися стабільною. Можливо, що виникло в результаті порушення простору-часу змусить чорну діру перетворити свою масу в енергію у формі надзвичайного кількості гравітаційних хвиль.

Поки червоточина має більшу масу, ніж будь-яка чорна діра, з якою вона стикається, вона повинна залишатися стабільною. Якщо червоточина стикається з більш великою чорною дірою, чорна діра може зруйнувати екзотичну матерію червоточини настільки, щоб дестабілізувати червоточину, в результаті чого вона схлопнется і, ймовірно, утворює нову чорну діру.

Майбутні дослідження можуть вивчити взаємодії між екзотичної матерією червоточини і будь-якій нормальній матерією, що потрапляє в червоточину, а також більш складні сценарії, такі як те, що може статися, якщо червоточина обертається. Інші напрями досліджень можуть дослідити, як гравітаційні хвилі взаємодіють як з нормальною, так і з екзотичної матерією в цих сценаріях, а також "різноманітність орбіт, які можуть виникати між червоточина".

17 липня вчені детально розповіли про своїх висновках онлайн у дослідженні, яке вони планують опублікувати в журналі Physical Review Letters. Докладна інформація про дослідження представлена на сайті препринтів arXiv.org.

Нагадаємо, раніше повідомлялося, що виявлені найбільші чорні діри у Всесвіті.

Хочете знати важливі та актуальні новини раніше за всіх? Підписуйтесь на Bigmir)net на Facebook і Telegram.

Категория: Новости