Хотя загадочный объект нового типа — это, пока, гипотетическая математическая конструкция, новые симуляции, проведенные исследователями из Университета Джона Хопкинса, предполагают, что в космосе могут быть и другие небесные тела, скрывающиеся даже от лучших телескопов на Земле. Объект выглядит так же, как черная дыра, но она испускает свет.
С чего все началось?
Нового исследования не было бы без гравитационных волн. Это изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. Излучаются движущимися массами, но после излучения отрываются от них и существуют независимо от этих масс. Математически связаны с возмущением метрики пространства-времени и могут быть описаны как «рябь пространства-времени». Иными словами, это колебания пространства-времени, которые удаляются от массивных объектов, движущихся с ускорением. Чем выше ускорение и масса объекта, тем больше колебания.
Впервые о гравитационных волнах заговорил выдающихся физик Альберт Эйнштейн, который столетие назад предсказал их существование в рамках общей теории относительности (ОТО). Однако их обнаружили только в 2015 году и это потрясло мир астрофизики, поскольку подтвердило существование черных дыр.
Черная дыра — это область пространства-времени, обладающая настолько сильным гравитационным притяжением, что никакие частицы либо электромагнитное излучение не могут ее покинуть. Граница этой области называется горизонтом событий. Весной 2019-го СМИ по всему миру показали первую фотографию черной дыры (точнее, ее «силуэта»). Пресс-конференцию, где были представлены результаты научного открытия, провели сразу в шести городах — от Вашингтона до Брюсселя и Токио.
А что, если…?
Вдохновленная этими открытиями, команда ученых Университета Джона Хопкинса решила изучить возможность существования других объектов, которые могут, в теории, производят аналогичные гравитационные эффекты, но датчики на Земле считывают их как черные дыры. Такие объекты физики назвали топологическими солитонами. Новые симуляции реалистично изображают один из них. Издалека он выглядит как размытая фотография черной дыры, но вблизи — совсем иначе.
Что же такое солитон?
На данном этапе объект является гипотетическим. Но тот факт, что команда построила его с помощью математических уравнений и показала, как он выглядит с помощью моделирования, предполагает, что в космосе могут быть и другие типы небесных тел, скрывающиеся даже от лучших телескопов на Земле.
Согласно полученным данным, топологический солитон искажает пространство точно так же, как черная дыра, но ведет себя не так. Он испускает слабые световые лучи, которые не могут избежать сильной гравитационной силы настоящей дыры.
Предоставлено: Пьер Хайдманн / Университет Джона Хопкинса
«Свет сильно искривлен, но вместо того, чтобы поглощаться, как в черной дыре, он рассеивается причудливыми движениями, пока в какой-то момент не возвращается к вам в хаотичном порядке. Вы не видите темного пятна. Вы видите только “размытие”, а, значит, свет бешено вращается вокруг этого странного объекта», — пишут авторы исследования.
Гравитационное поле черной дыры настолько сильное, что свет может вращаться вокруг нее на определенном расстоянии от центра, точно так же, как Земля — вокруг Солнца. Оно определяет край «тени» ЧД, так что любой падающий свет окажется в «горизонте событий» и не может ускользнуть.
Что сделали ученые?
Физики из Хопкинса смоделировали несколько сценариев, используя изображения космического пространства, как если бы они были сняты камерой, поместив перед объективом черную дыру и топологический солитон. В результате, они получили искаженные изображения из-за гравитационного воздействия массивных тел.
Солитоны служат лучшими моделями того, как могут выглядеть новые объекты квантовой гравитации по сравнению с черными дырами. Ранее они создали модели бозонных звезд, гравазвезд и других гипотетических объектов, которые могли бы оказывать аналогичные гравитационные эффекты с экзотическими формами материи.
«Это первое моделирование астрофизически значимых объектов теории струн, поскольку мы можем охарактеризовать различия между топологическим солитоном и черной дырой так, как если бы наблюдатель видел их в небе», — объясняют авторы исследования.
А при чем тут теория струн?
Авторы нового исследования использовали различные результаты теории струн и в 2021 году открыли способы построения топологических солитонов с использованием общей теории относительности Эйнштейна.
Теория струн — направление теоретической физики, изучающее динамику взаимодействия объектов не как точечных частиц, а как одномерных протяженных объектов, так называемых квантовых струн. Эта теория — одна из попыток объединить Общую теорию относительности и квантовую физику.
Гравитация и квантовый мир исторически считаются противоположными, разными процессами. Но, по мнению исследователей, это не совсем так. ученые пытались создать «теорию всего» — объединить относительность и квантовый мир. В процессе физики создали много очень необычных теорий, одна из них — теория струн.
Почему новое исследование так важно?
Особенность нового исследования как раз в этом: оно объясняет основные теории внутреннего устройства Вселенной, которых нет в других моделях. В нем используется теория струн, которая согласовывает квантовую механику и теорию гравитации Эйнштейна.
«Это начало замечательной исследовательской программы. Мы надеемся, что в будущем сможем действительно предложить новые типы ультракомпактных звезд, состоящих из новых видов материи из квантовой гравитации».
Читать далее:
Появилось фото внутри второй самой глубокой подводной воронки в мире
Посмотрите, что произошло с Меркурием, когда он максимально приблизился к Солнцу
Ученые выяснили природу таинственного древнего «монстра»
Фото на обложке: Yukterez