Что произойдёт, если чёрная дыра попадёт в червоточину?

Червоточина
Художественная концепция червоточины. Если червоточины существуют, то они могут привести нас в другую Вселенную. Но нет никаких доказательств того, что червоточины реальны. Авторы и права: Shutterstock.

Если червоточины существуют, то они могут поглощать чёрные дыры.

Астрономы думают, что они смогут обнаружить чёрные дыры, падающие в червоточины, используя рябь в пространстве-времени, известную как гравитационные волны, но только в том случае, если червоточины действительно существуют и такой сценарий когда-либо случится, говорится в новом исследовании.

Согласно Эйнштейну, который первым предсказал существование гравитационных волн в 1916 году, гравитация массивных тел искривляет пространство и время. Когда два или более объекта движутся в пределах гравитационного поля, они создают гравитационные волны, которые движутся со скоростью света, растягивая и сжимая пространство-время на своём 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 учёные сообщили о первых прямых доказательствах существования гравитационных волн в 2016 году, обнаруженных с помощью лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO).

Гравитационные волны
Иллюстрация гравитационных волн. Авторы и права: NASA / CXC / M.Weiss.

Гравитационно-волновые обсерватории зарегистрировали более 20 столкновений между чрезвычайно плотными и массивными объектами, такими как чёрные дыры и нейтронные звёзды . Однако теоретически могут существовать более экзотические объекты, такие как червоточины, столкновения которых также должны формировать гравитационные сигналы, которые могут обнаружить учёные.

Червоточины – 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 – использовать экзотическую форму материи с так называемой “отрицательной массой”. Такая экзотическая материя имеет странные свойства, в том числе улетает от гравитационного поля, а не падает на него, как обычная материя. Никто не знает, существует ли такая экзотическая материя на самом деле.

Кротовая нора
В качестве одного из возможных способов путешествовать во времени, исследователями были предложены червоточины. Авторы и права: Shutterstock.

Во многих отношениях червоточина напоминает чёрную дыру. Оба типа объектов необычайно плотны и имеют мощное гравитационное притяжение для объектов своего размера. Основное отличие состоит в том, что ни один объект теоретически не может вернуться обратно после пересечения горизонта событий чёрной дыры – порог, при котором скорость, необходимая для выхода из гравитационного притяжения чёрной дыры, превышает скорость света – тогда как любой объект, входящий в червоточину, теоретически может изменить курс.

Предполагая, что червоточины могут существовать, учёные исследовали гравитационные сигналы, генерируемые, когда чёрная дыра вращается вокруг кротовой норы, для новой статьи, которая ещё не была рецензирована. Исследователи также изучили, что может произойти, когда чёрная дыра входит в одно отверстие червоточины и выходит из другого в иную точку пространства-времени, а затем – при условии, что чёрная дыра и червоточина гравитационно связаны друг с другом – падает обратно в червоточину и выходит с той стороны, где первоначально вошла.

В компьютерных моделях исследователи проанализировали взаимодействия между чёрной дырой, в пять раз превышающей массу Солнца, и устойчивой проходимой червоточиной, в 200 раз массивнее Солнца, с отверстием в 60 раз шире горизонта событий чёрной дыры. Модели предполагали, что гравитационные сигналы, в отличие от тех, которые наблюдались до сих пор, будут возникать, когда чёрная дыра входит в кротовую нору и выходит из неё.

Аккреционный диск
Мощная гравитация чёрной дыры изменяет траекторию по которой движется свет в разных частях аккреционного диска. Авторы и права: NASA’s Goddard Space Flight Center / Jeremy Schnittman.

Когда две чёрные дыры сближаются по спирали, их орбитальные скорости увеличиваются, как у фигуристов, которые прижимают руки к телу. В свою очередь, частота гравитационных волн увеличивается. Звук, который производят эти гравитационные волны, представляет собой чириканье, очень похожее на звук издаваемый свистком.

Если бы кто-то наблюдал, как чёрная дыра по спирали приближается к червоточине, можно было бы услышать щебетание, очень похожее на то, которое наблюдается при встрече двух чёрных дыр, но в данном случае гравитационный сигнал от чёрной дыры быстро исчез бы, ​​поскольку она излучает большую часть своих гравитационных волн на другой стороне червоточины. (Напротив, когда две чёрные дыры сталкиваются, результатом является гигантский всплеск гравитационных волн)

Если бы кто-то наблюдал, как чёрная дыра выходит из червоточины, он услышал бы “анти-щебет”. В частности, частота гравитационных волн от чёрной дыры будет уменьшаться по мере того, как она удаляется от червоточины.

Фото чёрной дыры
Первые прямые визуальные доказательства существования сверхмассивной чёрной дыры в центре эллиптической галактики Мессье 87 и её тени. Граница чёрной дыры – горизонт событий – примерно в 2,5 раза меньше, чем тень, которую она отбрасывает. Авторы и права: EHT Collaboration.

По мере того как чёрная дыра продолжает входить в каждое отверстие червоточины и выходить из противоположного, она будет генерировать цикл чириканья и анти-чириканья. Интервал времени между каждым чириканьем и анти-чириканьем со временем будет сокращаться, пока чёрная дыра не застрянет в горле червоточины. Обнаружение гравитационного сигнала такого рода может подтвердить существование червоточин.

“Хотя тема кротовых нор очень, очень спекулятивна, тот факт, что мы можем иметь возможность доказать или хотя бы подтвердить их существование, довольно интересна”, – сказала соавтор исследования Уильям Габелла, физик из Университета Вандербильта в Нэшвилле

В этом сценарии в конечном итоге чёрная дыра перестанет попадать в червоточину и выпадать из неё и осядет возле её горла. Последствия такого финала зависят от свойств экзотической материи, находящейся в горле червоточины. Одна из возможностей заключается в том, что чёрная дыра эффективно увеличит массу червоточины, и у червоточины не будет достаточного количества экзотической материи, чтобы оставаться стабильной. Возможно, возникшее в результате нарушение пространства-времени заставит чёрную дыру преобразовать свою массу в энергию в форме выброса необычайного количества гравитационных волн.

Пока червоточина имеет большую массу, чем любая чёрная дыра, с которой она сталкивается, она должна оставаться стабильной. По словам Габеллы, если червоточина сталкивается с более крупной чёрной дырой, то чёрная дыра может поглотить экзотическую материю червоточины и дестабилизировать червоточину, заставив её схлопнуться и, вероятно, образовать новую чёрную дыру.

Присоединяйся

Вы могли пропустить:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.