Черните дупки не са това, което са. Ново изследване може да премахне сингулярността, която противоречи на физиката

Ваня Милева Последна промяна на 21 май 2024 в 10:11 2849 1

Черните дупки са странни космически обекти, които може би не са това, което изглеждат, сочат нови изследвания.

Кредит NASA/JPL-Caltech

Черните дупки са странни космически обекти, които може би не са това, което изглеждат, сочат нови изследвания.

Сингулярностите на черните дупки противоречат на законите на физиката. Ново изследване представя смело решение на проблема: черните дупки всъщност могат да бъдат теоретичен тип звезда, наречена "гравастар", изпълнена с разширяваща вселената тъмна енергия.

Черните дупки са едни от най-загадъчните обекти във Вселената, способни да деформират пространството около себе си толкова силно, че дори светлината не може да се измъкне от гравитационната им хватка. Оказва се обаче, че голяма част от това, което учените знаят за тези загадъчни обекти, може да се окаже погрешно.

Според ново изследване, публикувано през април в списание Physical Review D, черните дупки всъщност биха могли да бъдат съвсем различни небесни тела, наречени гравастари, съкратено от гравитационни звезди.

"Гравистарите са хипотетични астрономически обекти, които бяха представени [през 2001 г.] като алтернатива на черните дупки", обяснява за Live Science съавторът на изследването Жоао Луис Роса (João Luís Rosa), професор по физика в университета в Гданск, Полша. "Те могат да бъдат интерпретирани като звезди, изградени от вакуумна енергия или тъмна енергия: същият вид енергия, която задвижва ускореното разширяване на Вселената."

Разрешаване на парадоксите с черните дупки с помощта на гравастари

Карл Шварцшилд, немски физик и астроном, за първи път предсказва черните дупки през 1915 г. въз основа на изчисления, използващи Общата теория на относителността на Алберт Айнщайн.

През годините астрономическите наблюдения привидно потвърждават съществуването на обекти, наподобяващи черни дупки. Описанието на Шварцшилд на тези космически тела обаче има някои недостатъци.

По-конкретно, центърът на черната дупка се предвижда да представлява точка с безкрайно висока плътност, наречена сингулярност, в която е концентрирана цялата маса на черната дупка, но според фундаменталната физика безкрайностите не съществуват и появата им във всяка теория е сигнал за нейната неточност или непълнота.

"Тези проблеми показват, че нещо в модела на черната дупка е погрешно или непълно и че е необходимо разработването на алтернативни модели", посочва Роса. "Гравистарът е един от многото предложени алтернативни модели. Основното предимство на гравастарите е, че при тях няма сингулярности."

Тази сцена, заснета от усъвършенстваната камера за наблюдение (ACS - Advanced Camera for Surveys) на космическия телескоп Хъбъл на НАСА/ЕСА, показва PGC 83677, лещовидна галактика - тип галактика, която се намира между по-познатите елиптични и спирални галактики.Тъмната енергия е странно явление, за което се смята, че е причина за ускореното разширяване на Вселената. Но може ли тя също така да поддържа цели черните дупки както предполага гравитационната теория? Кредит: NASA/ESA/Hubble; Judy Schmidt (Geckzilla)


Подобно на обикновените черни дупки, гравастарите би трябвало да възникнат на последния етап от еволюцията на масивните звезди, когато енергията, освободена при термоядреното изгаряне на материята в тях, вече не е достатъчна, за да преодолее силата на гравитацията, и звездата колапсира в много по-плътен обект. Но за разлика от черните дупки, при гравастарите не се очаква да има сингулярности и се смята, че те са тънки сфери от материя, чиято стабилност се поддържа от съдържащата се в тях тъмна енергия.

За да разберат дали гравастарите са жизнеспособна алтернатива на сингуларните черни дупки, Роса и колегите му изследват взаимодействието на частици и радиация с тези хипотетични обекти.

Използвайки теорията на Айнщайн, авторите изследват как биха изглеждали огромните маси от гореща материя, които заобикалят свръхмасивните черни дупки, ако тези черни дупки всъщност са гравастари. Те също така изследваха внимателно свойствата на "горещите точки" - гигантски газови мехури, които обикалят около черни дупки със скорост, близка до светлинната.

Техните открития разкриват поразителни прилики между излъчването на материя от гравастарите и черните дупки, което предполага, че гравастарите не противоречат на експерименталните наблюдения на учените върху Вселената. Освен това екипът констатира, че самият гравастар би трябвало да изглежда почти като единична черна дупка, създавайки видима сянка.

Кредит: João Luís Rosa et al

"Тази сянка не е причинена от улавянето на светлината в хоризонта на събитията, а от малко по-различно явление, наречено "гравитационно червено отместване", което кара светлината да губи енергия, когато се движи през област със силно гравитационно поле", пояснява Роса. "Всъщност, когато светлината, излъчвана от региони, близки до тези алтернативни обекти, достигне до нашите телескопи, по-голямата част от нейната енергия би била загубена от гравитационното поле, което води до появата на тази сянка."

Поразителните прилики между модела на черната дупка на Шварцшилд и гравастарите подчертават потенциала на последните като реалистична алтернатива, освободена от теоретичните капани на сингулярностите. Но тази теория трябва да бъде подкрепена с експерименти и наблюдения, които авторите на изследването смятат, че скоро могат да бъдат проведени.

Докато гравастарите и отделните черни дупки могат да се държат по подобен начин в много отношения, фините разлики в излъчваната светлина биха могли потенциално да ги разграничат.

"За да тестваме нашите резултати експериментално, разчитаме на следващото поколение наблюдателни експерименти в гравитационната физика", коментира Роса, имайки предвид телескопа EHT (телескоп на хоризонта на събитията - Event Horizon Telescope) за търсене на черни дупки и инструмента GRAVITY+, добавен към телескопа VLT (Много голямя телескоп - Very Large Telescope) в Чили. "Тези два експеримента имат за цел да наблюдават отблизо какво се случва близо до центъра на галактиките, по-специално нашия собствен Млечен път."

Справка: Observational imprints of gravastars from accretion disks and hot spots; João Luís Rosa, Daniela S. J. Cordeiro, Caio F. B. Macedo, and Francisco S. N. Lobo; Phys. Rev. D 109, 2024 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.109.084002 

Източник: Black hole singularities defy physics. New research could finally do away with them., Andrey Feldman, Live Science

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

2020

1

Прост Човек

23.05 2024 в 10:24

Във всяка теория въвеждането на нов параметър, обикновено може да увеличи неимоверно разнообразието на теоретичните модели, които могат да бъдат конструирани. Във физиката такъв пример може да бъде ако се предположи, че съществува някаква нова частица, която има някое екзотично свойство. Друг пример е ако се предположи, че в някои пределни случаи някои закон престава да действа, например защото условията са различни. Прост пример е че във вакуум не може да прилагаме законите на аеродинамиката защото няма въздух.
Подобен е случаят с Общата теория на относителността на Айнщайн. Много отдавна е известно, че в нея не може да се въведат закони за съхранение. Ако се допълни уравнението на Айнщайн с допълнително условие, такъв проблем няма (виж А.А. Логунов, М.А. Мествиришвили - Релятивисткая теория гравитации,1989). И тогава няма сингулярности, но няма и черни дупки, а имаме само обекти с много силна гравитация и много голямо червено изместване.
Оги Мицов - Прост Човек