Чорні діри зроблені з темної енергії?

Два дослідники Гавайського університету в Маноа виявили та виправили невелику помилку, яка була допущена при застосуванні рівнянь Ейнштейна для моделювання зростання Всесвіту.

Про це розповідається в прес-центрі вишу.

Зазвичай фізики припускають, що космологічно велика система, така як Всесвіт, не чутлива до деталей малих систем, що містяться в ній. Кевін Крокер, науковий співробітник кафедри фізики та астрономії, та Джоел Вайнер, викладач кафедри математики, показали, що це припущення може бути невірним для компактних об'єктів, які залишаються після колапсу і вибуху дуже великих зірок.

"Протягом 80 років ми в основному оперували, припускаючи, що Всесвіт, в загальних рисах, не був порушений конкретними деталями будь-якого маленького регіону, - каже Крокер. - Тепер зрозуміло, що загальна теорія відносності може помітно з'єднати зірки, що колапсували, - регіони розміром з Гонолулу - з поведінкою Всесвіту в цілому, більше ніж в тисячу мільярдів мільярдів разів."

Крокер і Вайнер продемонстрували, що швидкість зростання Всесвіту може стати чутливою до усередненого внеску таких компактних об'єктів. Так само і самі об'єкти можуть бути пов'язані зі зростанням Всесвіту, набуваючи або втрачаючи енергію залежно від складу об'єктів. Цей результат є важливим, оскільки він виявляє несподівані зв'язки між фізиками космологічних та компактних об'єктів, що, в свою чергу, призводить до багатьох нових спостережливих передбачень.

Одним із наслідків цього дослідження є те, що швидкість зростання Всесвіту надає інформацію про те, що відбувається із зірками наприкінці їхнього життя. Зазвичай астрономи припускають, що великі зірки утворюють чорні діри, коли вони гинуть, але це не єдиний можливий результат. У 1966 році Ераст Глінер, молодий фізик Фізико-технічного інституту Іоффе, запропонував альтернативну гіпотезу, що дуже великі зірки повинні колапсувати в те, що зараз можна назвати "Загальними об'єктами темної енергії" (GEODE). Вони виглядають як чорні діри, якщо дивитися зовні, але, на відміну від чорних дір, вони містять темну енергію замість сингулярності.

У 1998 році дві незалежні команди астрономів виявили, що розширення Всесвіту прискорюється, що узгоджується з наявністю рівномірного внеску темної енергії. Однак не було визнано, що GEODE могли зробити свій внесок таким чином. З виправленим формалізмом Крокер та Вайнер показали, що якби частина найдавніших зірок колапсувала в GEODE, замість чорних дір, їх усереднений внесок сьогодні природно б створив необхідну однорідну темну енергію.

Результати цього дослідження також можна застосовувати до подвійних зіркових систем, що зізнають зіткнення, спостережувані через гравітаційні хвилі за допомогою колаборації LIGO-Virgo. У 2016 році LIGO оголосила про перше спостереження того, що мало б бути зіткненням системи подвійної чорної діри. Очікувались, що такі системи існуватимуть, але пара об'єктів була несподівано важкою - приблизно в п’ять разів більшою, ніж маси чорних дір, передбачені в комп'ютерних моделюваннях. Використовуючи виправлений формалізм, Крокер та Вайнер розглянули, чи спостерігала LIGO-Virgo подвійні зіткнення GEODE, а не подвійні зіткнення чорноих дір. Вони виявили, що GEODE зростають разом із Всесвітом з часом, що призводить до таких зіткнень. Коли стаються зіткнення, результуючі маси GEODE стають у чотири-вісім разів більшими, що грубо узгоджується зі спостереженнями LIGO-Virgo.

Крокер та Вайнер обережно відокремили свій теоретичний результат від спостережної підтримки сценарію GEODE, підкреслюючи, що «чорні діри, безумовно, не мертві. Ми показали, що якщо GEODE існують, то вони можуть легко спричинити спостережувані явища, яким на сьогодні не вистачає переконливих пояснень. Ми передбачаємо численні інші наслідки спостереження за сценарієм GEODE, включаючи безліч способів його виключення. Ми ледь почали дряпати поверхню».

Їх дослідження під назвою «Наслідки симетрії та тиску в космології Фрідмана: І. Формалізм» було опубліковано у номері «Астрофізичний журнал» (Astrophysical Journal) за 28 серпня 2019 року.

Читайте ще цікаві новини про космос.