Найзагадковіший спосіб утворення чорних дір: до чого тут кристали простору-часу

Традиційна астрофізика вчить нас, що чорні діри народжуються внаслідок вибухів масивних зірок (наднових). Проте нове дослідження доводить, що принаймні частина чорних дір могла з’явитися за значно «спокійніших» умов — у складках незвичайних «кристалів простору-часу».

Про математичний прорив, який може змінити наше розуміння еволюції Всесвіту, пише Gizmodo.

Від теорії до формули

Згідно із загальною теорією відносності Альберта Ейнштейна, гравітація — це викривлення простору-часу. Цей ефект добре помітний на прикладі надмасивних об’єктів (наприклад, явище гравітаційного лінзування). Проте, як зазначає Крістіан Еккер, провідний автор дослідження і фізик-теоретик з Університету Гете в Німеччині, «менші маси також створюють викривлення простору-часу, просто меншою мірою».

У фізиці навіть найменші зрушення можуть спровокувати глобальні зміни. Ще 1993 року симуляції канадського фізика Метью Чоптуїка показали, що за певних умов кривина простору-часу може самоорганізуватися у чіткий шаблон, що повторюється — своєрідний кристал.

Досі вчені не могли математично описати процес колапсу цього кристала. Тепер команді теоретиків вдалося знайти аналітичне рішення.

«Залежно від бажаної точності, ми можемо систематично вдосконалювати наші формули за допомогою додаткових методів апроксимації», — пояснив співавтор дослідження, фізик-теоретик Флоріан Еккер з Віденського технічного університету.

Що таке критичний колапс?

Процес, під час якого простір-час організовується в кристалічну структуру, називається критичним колапсом. Вчені вважають, що такі стани існували в ранньому Всесвіті, одразу після Великого вибуху.

Співавтор дослідження Даніель Груміллер називає цей просторово-часовий кристал «вкрай специфічним і захопливим об’єктом». Це нестабільна точка балансу, яка має два шляхи розвитку:

1. Кристал може просто розчинитися, не залишивши сліду.

2. Але найменша додана «крапля» енергії здатна миттєво запустити формування чорної діри.

Ця гіпотеза докорінно відрізняється від звичних моделей вибухів наднових. Вона пояснює, як у ранньому Всесвіті могли утворюватися так звані первісні чорні діри відносно малого розміру.

Розвиток теорії колапсу кристалу

Хоча нова формула забезпечує математичний контроль над гіпотезою Чоптуїка, дослідники наголошують, що їхня робота наразі залишається у площині теоретичної багатовимірної фізики. Наступним кроком для науковців стане адаптація цих розрахунків до меншої кількості вимірів, щоб вони точніше відображали фізичну реальність спостережуваного Всесвіту.

Якщо астрофізикам вдасться підтвердити цю концепцію емпіричними спостереженнями, це стане грандіозним проривом в астрономії чорних дір, остаточно довівши, що найзагадковіші об’єкти космосу можуть формуватися без зіркових катаклізмів.

Нагадаємо, вчені виявили чорну діру, яка «воскресла» через 100 мільйонів років «сну». Аналіз радіовипромінювання показав, що чорна діра колись викидала гігантські струмені плазми на сотні тисяч світлових років у космос, перш ніж раптово затихнути в далекому минулому.

Читати публікацію повністю →