Черные дыры могут быть не черными. И даже не дырами.

23k full reads
43k story viewsUnique page visitors
23k read the story to the endThat's 55% of the total page views
3,5 minutes — average reading time
(Иллюстрация: MARK GARLICKGETTY IMAGES)
(Иллюстрация: MARK GARLICKGETTY IMAGES)
(Иллюстрация: MARK GARLICKGETTY IMAGES)

Что, если черные дыры, эти всепоглощающие гравитационные чудовища космоса, на самом деле вовсе не черные - или даже не дыры, если уж на то пошло? Вместо этого новая теория предполагает, что черные дыры могут быть темными звездами с сердцем из чрезвычайно плотной экзотической материи. Это может помочь объяснить одну из самых больших загадок Вселенной: происхождение и природу темной материи.

Черные дыры - это реальные примеры экстремального проявления общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Это места во Вселенной, где чрезвычайно плотные количества материи растягивают ткань пространства и времени до предела, образуя бесконечно глубокий гравитационный колодец, из которого не может выйти даже свет - отсюда и название «черная дыра».

Ученые считают, что в центре каждой черной дыры находится бесконечно малая и плотная точка, называемая сингулярностью. Гравитация настолько сильна в сингулярности, что образует окружающий ее горизонт событий, где сила тяжести превосходит даже скорость света.

В бесконечно малых сингулярностях законы физики нарушаются. Именно тогда две, казалось бы, противоположные области физики - квантовая механика (описывающая сверхмалые объекты) и общая теория относительности (описывающая очень большие) - встречаются лицом к лицу. Изучая природу черных дыр, исследователи надеются объединить два направления в единую теорию квантовой гравитации.

Проблема? Сингулярность кажется физически невозможной, потому что материя не способна коллапсировать в бесконечно малую точку.

Физики хитроумно обошли этот вопрос, изобретя свои собственные черные дыры без сингулярностей, которые они называют «темными звездами». Эти предполагаемые творения выглядят как черные дыры снаружи, но внутри они содержат чрезвычайно (но не бесконечно) плотное ядро ​​материи, сжатое до мельчайших возможных размеров, или «ядро Планка». Оно заимствует свое название от невероятно маленькой фундаментальной единицы измерения, называемой длиной Планка, которая составляет порядка 10^-35 метров, или примерно в 100 триллионов раз меньше протона.

Без сингулярности в центре темная звезда теоретически могла бы позволить свету ускользнуть от ее мощной гравитационной хватки. Любой свет, который вырвется из черной дыры, будет иметь растянутую длину волны из-за гравитационного притяжения темной звезды - наблюдаемое явление, которое ученые называют красным смещением.

«В сильных гравитационных полях [темные звезды] ведут себя интересно», - пишет в своем новом исследовании, опубликованном на сервере препринтов arXiv, физик Игорь Никитин из Института научных алгоритмов и вычислений им. Фраунгофера в Германии:
«Прежде всего стирается горизонт событий, характерный для настоящих черных дыр. Вместо этого образуется глубокая гравитационная яма, где значения красного смещения становятся чрезвычайно большими. В результате для внешнего наблюдателя звезда выглядит черной, как настоящая черная дыра ».

По словам Никитина, если это явление существует, оно могло бы помочь объяснить истинную природу темной материи.

Астрономы впервые обнаружили существование темной материи, когда они наблюдали, что вращение звезд вокруг галактик было слишком быстрым, учитывая количество вещества, которое они могли наблюдать. Теперь мы знаем, что примерно 85 процентов массы Вселенной составляет темная материя, которая полностью невидима для наблюдений. Однако, несмотря на то, что известно о существовании темной материи, ученые до сих пор не знают, откуда она взялась.

Согласно исследованию Никитина, если черные дыры содержат ядра Планка, они могут быть потенциальным источником темной материи. Его исследование предполагает, что темные звезды могут непрерывно испускать поток частиц в форме темной материи - этого достаточно, чтобы объяснить быстрое вращение звезд вокруг галактик.

«Еще одна интересная возможность состоит в том, что темная материя состоит из известных частиц, находящихся в необычном состоянии», - говорит Никитин.

По его словам, частицы могут быть такими же простыми, как частицы света или фотоны, которые были преобразованы в красное смещение до столь широких длин волн, что они были бы практически невидимы для современных радиотелескопов.

«Это чрезвычайно большая длина волны, около 4 световых дней, что в 16 раз больше расстояния между Солнцем и Плутоном».

Энергия этих фотонов будет чрезвычайно мала, но их может быть достаточно, чтобы объяснить необычное движение звезд вокруг своих галактик.

Никитин также говорит, что его теория может объяснить еще одну нерешенную загадку космоса: происхождение быстрых радиовсплесков (FRB).

Хотя темные звезды могут помочь разгадать две из самых больших загадок Вселенной, все еще существует множество наблюдательных свидетельств, которые идея Ниткина должна будет объяснить, чтобы заменить широко принятую теорию черных дыр. Однако его теория показывает, что нестандартное мышление может обеспечить творческие решения, казалось бы, невозможных проблем.