Если бы вы погрузились в черную дыру (что-то, что мы бы не рекомендовали), вы, скорее всего, нашли бы особенность или бесконечно маленькую и плотную точку в центре. Или это то, о чем всегда думали физики.
Но теперь пара ученых предполагает, что некоторые черные дыры могут вообще не быть черными дырами. Вместо этого они могут быть странными объектами, переполненными темной энергией - таинственной силой, которая, как считается, раздвигает границы вселенной, заставляя ее расширяться с постоянно увеличивающейся скоростью.
«Если то, что мы считали черными дырами, на самом деле являются объектами без особенностей, то ускоренное расширение нашей вселенной является естественным следствием теории общей относительности Эйнштейна», - сказал Кевин Крокер, астрофизик из Гавайского университета в Маноа.
Крокер и его коллега описывают эту идею в новом исследовании, опубликованном онлайн 28 августа в Astrophysical Journal. Если они правы, и сингулярность в основе черной дыры может быть заменена странной энергией, разрывающей все на части, это может революционизировать наш взгляд на эти плотные объекты.
Дуэт не собирался раскрывать, что находится внутри черной дыры. Крокер и Джоэл Вайнер, почетный профессор математики в том же университете, смотрели на уравнения Фридмана, которые упрощены из теории общей теории относительности Эйнштейна. (Относительность описывает, как масса и энергия деформируют пространство-время.) Физики используют уравнения Фридмана для описания расширения Вселенной, отчасти потому, что математика проще, чем в уравнении Эйнштейна, описывающем относительность. Команда обнаружила, что для того, чтобы правильно записать уравнения Фридмана, ультраплотные и изолированные области пространства, такие как нейтронные звезды и черные дыры, должны обрабатываться так же математически, как и все другие области. Ранее космологи полагали, что разумно игнорировать внутренние детали ультраплотных и изолированных областей, таких как внутренняя часть черной дыры.
«Мы показали, что есть только один способ правильно», - сказал Крокер. «И если вы сделаете это таким способом, который является правильным, вы найдете некоторые интересные вещи».
Новые результаты показывают, что вся темная энергия, необходимая для ускоренного расширения Вселенной, может содержаться в этих альтернативах черным дырам. Исследователи обнаружили это в математике, после того как они исправили способ выписать уравнения Фридмана. И в последующем документе, представленном в Astrophysical Journal и опубликованном 7 сентября в журнале препринтов arXiv, они показали, что эти альтернативы черным дырам, называемые Общими объектами темной энергии (GEODE), также могут помочь объяснить особенности гравитационно- волновые наблюдения с 2016 года.
Математическая формула из уравнений Фридмана показала, что со временем эти сверхплотные объекты набирают вес просто благодаря расширению Вселенной, даже когда нет поблизости материала для их потребления. Подобно тому, как свет, проходящий через расширяющееся пространство, теряет энергию - эффект, известный как красное смещение, - материя также теряет вес при расширении пространства. Эффект обычно настолько мал, что его не видно. Но в сверхплотном материале с очень сильным давлением внутри, известном как релятивистский материал, эффект становится заметным. Темная энергия очень релятивистская, и ее давление действует противоположно нормальной материи и свету - поэтому объекты, сделанные из нее (например, эти гипотетические ГЕОДЫ), со временем набирают вес.
«Свет - это странная вещь. Во многих отношениях он ведет себя нелогично», - сказал Крокер. «Люди не ожидали, что это поведение также может быть продемонстрировано в других объектах. Но мы показали, да, вы можете видеть это в другом объекте», а именно внутри GEODE.
GEODE были впервые предложены в качестве идеи в 1960-х годах, но математика, поддерживающая их, была разработана только недавно. Но оказывается, что эти странные объекты могут также дать простое объяснение наблюдаемым слияниям больших черных дыр. В 2016 году члены коллаборации «Лазерная интерферометр-гравитационно-волновая обсерватория» (LIGO) и «Девы» объявили о проведении первых в мире наблюдений за слиянием черных дыр, но расчетная масса предполагаемых черных дыр была неожиданной - ученые ожидали, что массы будут или намного выше или ниже.
Но ГЕОДЫ, в отличие от традиционных черных дыр, со временем набирают вес. Если два ГЕОДА, которые сформировались в более молодой вселенной, в конечном счете столкнулись, к тому времени, когда они столкнулись, они бы выросли больше, чем типичные черные дыры. К этому моменту массы ГЕОД должны совпадать с массами, наблюдаемыми в столкновении, которое наблюдал ЛИГО-Дева. Вместо того, чтобы думать о весьма специфической ситуации, которая привела к слиянию, GEODE могли бы предоставить более простое решение для объяснения наблюдений.
Однако не все ученые убеждены. Новое описание этих объектов «нелогично и трудно усваивается», - сказал в электронном письме «Живой науке» Витор Кардозо, профессор физики в Instituto Superior Técnico в Лиссабоне, Португалия, который не принимал участия в исследовании. Но он добавил: «Мне нравится идея найти альтернативы черным дырам - она заставляет нас усиливать парадигму черных дыр. Кроме того, иногда трудно найти вещи, если мы их не ищем».
