Некоторые черные дыры являются не тем, чем кажутся

Ученые обосновали существование объектов, которые называются топологическими солитонами. Анализ показывает, что свет рядом с ними должен вести себя так же, как и рядом с черными дырами. Поэтому, вполне возможно, что мы неправильно объясняем природу некоторых объектов, которые наблюдаем.

Черная дыра или топологический солитон? Источник: ESA/ATG medialab

Проблема черных дыр

В недавно опубликованном исследовании в издании Physical Review D ученые предположили, что некоторые объекты в космосе, которые мы воспринимаем как черные дыры, могут оказаться вовсе не ими. Это могут быть топологические солитоны.

Существование черных дыр предусмотрено общей теорией относительности Эйнштейна. В центре каждой из них должна находиться физическая сингулярность, созданная силами гравитации. Это чрезвычайно большая масса сосредоточена в чрезвычайно малом объеме. Она имеет две главные особенности: горизонт событий и бесконечную плотность.

С горизонтом событий все относительно ясно — это область пространства вокруг сингулярности, в которой сила гравитации настолько сильна, что ничто не может вырваться из нее. А вот насчет бесконечной плотности — никто не может сказать, как такое может быть и возможно ли вообще. Поэтому некоторые ученые соглашаются, что еще одной особенностью физической сингулярности является полное разрушение привычных нам законов физики, а другие ищут ей альтернативу.

Квантовая гравитация

Проблема в том, что для того чтобы построить теорию, альтернативную физической сингулярности, надо понять, как гравитация работает на чрезвычайно малых масштабах пространства, таких как размер атомного ядра. Для этого надо ее проквантировать, то есть объяснить, как она передается через взаимодействие элементарных частиц, а этого пока не знает никто.

Одной из теорий, которые потенциально могут все это объяснить, является теория струн. Она провозглашает, что все элементарные частицы, которые мы наблюдаем, на самом деле являются чрезвычайно тонкими вибрирующими струнами, и именно эти вибрации порождают все четыре элементарных взаимодействия.

И для этого струнам надо вибрировать не в одной плоскости и даже не во всех трех. Количество измерений во Вселенной, согласно этой теории, может доходить до 11. Просто большая их часть свернута в чрезвычайно малых масштабах, по сравнению с которыми даже размер атома является гигантским.

Топологические солитоны

В новом исследовании ученые предположили, что на самом деле эти свернутые измерения, в которых вибрируют частицы-струны, невозможно полностью скрыть. И в определенных условиях они могут приводить к формированию неравномерностей в пространстве-времени, которые известны как топологические солитоны.

Одной из их фундаментальных особенностей является поведение света вблизи них. Моделирование показало, что он не проникает сквозь них и не отражается, формируя кольца, чрезвычайно похожие на те, что мы наблюдаем с помощью Телескопа горизонта событий.

На первый взгляд, разница между топологическими солитонами и черными дырами незначительна. Но это так только в том случае, если смотреть на них с большого расстояния. Если бы мы подлетели к ним ближе, то убедились бы, что у первых отсутствует одна из главнейших особенностей черных дыр — горизонт событий. Свет и материя не проваливаются в них навсегда, а лишь огибают. Да и точки бесконечной плотности у них нет.

Вполне возможно, что некоторые объекты, которые мы знаем как черные дыры, на самом деле являются топологическими солитонами. И это могло бы изменить наше понимание того, как работает космос. Но все они находятся слишком далеко, и мы не можем убедиться в том, что они на самом деле собой представляют.

По материалам www.space.com.

https://t.me/ustmagazine

Источник: universemagazine.com