Ученые проверят, могут ли черные дыры попасть в кротовые норы
Опубликованно 15.08.2020 10:06
Астрономы думают, что они могли бы обнаружить черные дыры, падающие в червоточины, используя рябь в пространстве-времени, известную как гравитационные волны, но только если червоточины действительно существуют и такой сценарий когда-либо случился, показывает новое исследование.
Согласно Эйнштейну, который первым предсказал существование гравитационных волн в 1916 году, гравитация является результатом того, как масса искривляет пространство и время. Когда два или более объекта движутся внутри гравитационного поля, они создают гравитационные волны, которые движутся со скоростью света, растягивая и сжимая пространство-время на своем пути.
Гравитационные волны чрезвычайно трудно обнаружить, потому что они чрезвычайно слабы, и даже Эйнштейн не был уверен, существуют ли они на самом деле и будут ли они обнаружены. После десятилетий работы ученые сообщили о первых прямых доказательствах существования гравитационных волн в 2016 году, обнаруженных с помощью лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO).
Кротовые норы - это туннели в пространстве-времени, которые теоретически могут позволить путешествовать куда угодно во времени и пространстве или даже в другую вселенную. Общая теория относительности Эйнштейна допускает возможность существования кротовых нор, хотя существуют ли они на самом деле - другой вопрос.
В принципе, все червоточины нестабильны и закрываются в момент открытия. Единственный способ сохранить их открытыми и проходимыми - это использовать экзотическую форму материи с так называемой "отрицательной массой". Такая экзотическая материя обладает причудливыми свойствами, в том числе улетает от стандартного гравитационного поля, а не падает на него, как обычная материя. Никто не знает, существует ли такая экзотическая материя на самом деле.
Во многих отношениях червоточина напоминает черную дыру. Оба типа объектов необычайно плотны и обладают мощным гравитационным притяжением для объектов своего размера. Основное отличие состоит в том, что ни один объект теоретически не может выйти обратно после входа в горизонт событий черной дыры - порог, при котором скорость, необходимая для выхода из гравитационного поля черной дыры, превышает скорость света, - тогда как любой объект, входящий в червоточину, теоретически может изменить курс.
Предполагая, что червоточины могут существовать, ученые исследовали гравитационные сигналы, генерируемые, когда черная дыра вращается вокруг кротовой норы, для новой статьи, которая еще не была рецензирована. Ученые также исследовали, что может произойти, когда черная дыра входит в одно отверстие червоточины, выходит из другого устья червоточины в другую точку пространства-времени, а затем - при условии, что черная дыра и червоточина гравитационно связаны друг с другом - падает обратно. в червоточину и выходит с другой стороны.
В компьютерных моделях исследователи проанализировали взаимодействия между черной дырой, в пять раз превышающей массу Солнца, и устойчивой проходимой червоточиной, в 200 раз превышающей массу Солнца, с горлом в 60 раз шире черной дыры. Модели предполагали, что гравитационные сигналы, в отличие от тех, что наблюдались до сих пор, будут возникать, когда черная дыра входит в кротовую нору и выходит из нее.
Когда две черные дыры сближаются по спирали, их орбитальные скорости увеличиваются, как у фигуристов, которые прижимают руки ближе к телу. В свою очередь, частота гравитационных волн увеличивается. Звук, который производят эти гравитационные волны, представляет собой чириканье, очень похожее на быстрое увеличение высоты звука в свистке, поскольку любое увеличение частоты соответствует увеличению высоты звука.
Если бы кто-то наблюдал, как черная дыра спиралью превращается в червоточину, можно было бы увидеть щебетание, очень похожее на встречу двух черных дыр, но гравитационный сигнал от черной дыры быстро исчезнет, поскольку она излучает большую часть своих гравитационных волн на другой стороне червоточины. (Напротив, когда две черные дыры сталкиваются, в результате возникает гигантский всплеск гравитационных волн.)
Если бы кто-то наблюдал, как черная дыра выходит из червоточины, он бы увидел "анти-щебет". В частности, частота гравитационных волн от черной дыры будет уменьшаться по мере того, как она удаляется от червоточины.
По мере того, как черная дыра продолжает перемещаться в каждое отверстие червоточины и выходить из нее, она будет генерировать цикл чириканья и анти-чириканья. Интервал времени между каждым чириканьем и анти-чириканьем сокращался со временем, пока черная дыра не застряла в горле червоточины. Обнаружение гравитационного сигнала такого рода может подтвердить существование червоточин.
В этом сценарии, в конце концов, черная дыра перестанет попадать в червоточину и выпадать из нее и осядет возле ее горла. Последствия такого финала зависят от полностью спекулятивных свойств экзотической материи, обнаруженной в горле червоточины. Одна из возможностей заключается в том, что черная дыра эффективно увеличила массу червоточины, и червоточина может не содержать достаточно экзотической материи, чтобы оставаться стабильной. Возможно, возникшее в результате нарушение пространства-времени заставит черную дыру преобразовать свою массу в энергию в форме необычайного количества гравитационных волн.
Пока червоточина имеет большую массу, чем любая черная дыра, с которой она сталкивается, она должна оставаться стабильной. Если червоточина сталкивается с более крупной черной дырой, черная дыра может разрушить экзотическую материю червоточины настолько, чтобы дестабилизировать червоточину, в результате чего она схлопнется и, вероятно, образует новую черную дыру.
Будущие исследования могут изучить взаимодействия между экзотической материей червоточины и любой нормальной материей, попадающей в червоточину, а также более сложные сценарии, такие как то, что может произойти, если червоточина вращается. Другие направления исследований могут исследовать, как гравитационные волны взаимодействуют как с нормальной, так и с экзотической материей в этих сценариях, а также "разнообразие орбит, которые могут возникать между червоточинами".
17 июля ученые подробно рассказали о своих выводах онлайн в исследовании, которое они планируют опубликовать в журнале Physical Review Letters. Подробная информация об исследовании представлена на сайте препринтов arXiv.org.
Напомним, ранее сообщалось, что обнаружены самые крупные во Вселенной черные дыры.
Хотите знать важные и актуальные новости раньше всех? Подписывайтесь на Bigmir)net в Facebook и Telegram.
Категория: Наука