Черните дупки се отличават със своята простота. Тази простота позволява да се направят изненадващи паралели между черните дупки и други клонове на физиката.
Екип от изследователи показа, че търсената частица тъмна материя може да съществува около двойка черни дупки по подобен начин, както електронът може да съществува около двойка водородни атоми - първият пример за „гравитационна молекула“.
Този странен обект може да ни даде намеци за идентичността на тъмната материя и природата на пространството-времето.
Да разорем полета
За да разберем как новото изследване, публикувано през септември в базата данни за препринти arXiv, обяснява съществуването на гравитационна молекула, първо трябва да изследваме един от най-фундаменталните - и за съжаление почти никога обсъждани - аспекти на съвременната физика: полето.
Полето е математически инструмент, който показва какво бихте очаквали да намерим, пътувайки във Вселената от едно място на друго.
Например когато гледаме по телевизията метеорологична карта за температурите, виждаме поле - ако ще пътуваме из България или в друга страна, ще знаем какви температури да очакваме най-вероятно.
Този вид поле е „скаларно“ поле, което на езика на математиката означава „само едно число“.
Има други видове полета, „векторни“ и „тензорни“, при които има повече от едно число за всяко положение в пространството-времето. (Например, ако на екрана е представена карта на скоростта и посоката на вятъра, това е векторно поле.)
Но в тази изследователска работа става въпрос само за скаларно поле.
Полетата във физиката
В средата на 20-ти век физиците възприемат концепцията за полето - която е съществувала от векове преди това в математиката.
Те осъзнават, че полетата не са просто полезен математически трик - те всъщност описват нещо свръх-фундаментално за това как работи реалността. Те откриват, че всичко във Вселената е поле.
Например от квантовата механика знаем, че е доста трудно да се определи точно къде е електронът във всеки един момент. Когато квантовата механика в началото изглежда доста трудна за разбиране, докато не се въвежда полето.
В съвременната физика електронът се представя като поле - математически обект, който ни казва къде е вероятно да забележим електрона следващия път, когато погледнем.
Това поле реагира на всичко около него - например заради електрическото влияние на близкото атомно ядро - и се модифицира, променя където трябва да видим електрона. Крайният резултат е, че електроните могат да се появят само в определени региони около атомно ядро.
Симулация на две свръхмасивни черни дупки непосредствено преди сливането.. Кредит: NASA's Goddard Space Flight Center
Черни дупки и тъмна материя
В атомната физика може напълно да се опише елементарна частица (като електрона) с три числа: нейната маса, спинът й и електрическия й заряд.
В гравитационната физика също може напълно да опишете черна дупка с три числа: нейната маса, нейния спин и нейния заряд.
така може да използваме това сходство, за да разберем по-добре черните дупки.
На езика на физиката на частиците, може да се опише атом като мъничко ядро, заобиколено от електронното поле. Това електронно поле реагира на присъствието на ядрото и позволява на електрона да се появи само в определени региони.
Същото важи и за електроните около две ядра, например в двуатомна молекула водород (H2).
Може да се опише околната среда на черна дупка по подобен начин. Представете си сингулярността на черна дупка, донякъде подобна на ядрото на атом, докато заобикалящата среда - скаларно поле - е подобна на тази, която описва субатомна частица.
Това скаларно поле реагира на присъствието на черната дупка и позволява на съответните частици да се появяват само в определени региони. И точно както при двуатомните молекули, може да се опишат скаларните полета около две черни дупки, като двойна система от черни дупки.
Авторите на изследването установяват, че скаларните полета наистина могат да съществуват около двойни черни дупки. Нещо повече, те могат да се оформят в определени модели, които приличат на това как електронните полета се подреждат в молекулите.
И така, поведението на скаларните полета в този сценарий имитира как се държат електроните в двуатомните молекули и затова се наричат „гравитационни молекули“.
Защо са интересни скаларните полета? От една страна, не разбираме природата на тъмната материя или тъмната енергия и е възможно както тъмната енергия, така и тъмната материя да се състоят от едно или повече скаларни полета), точно както електроните се състоят от електронното поле.
Ако тъмната материя наистина е съставена от някакво скаларно поле, тогава този резултат означава, че тъмната материя би съществувала в много странно състояние около двойните черни дупки - загадъчните тъмни частици би трябвало да съществуват на много специфични орбити, точно както електроните в атомите.
Но двойните черни дупки не траят вечно. Те излъчват гравитационни вълни и в крайна сметка се сблъскват и сливат в една черна дупка.
Тези скаларни полета на тъмната материя биха повлияли на гравитационните вълни, излъчвани по време на такива сблъсъци, защото биха филтрирали, отклонявали и преоформяли всички вълни, преминаващи през области с повишена плътност на тъмната материя.
Това означава, че може да успеем да открием този вид тъмна материя със съществуващите детектори за гравитационни вълни, които имат достатъчна чувствителност.
Накратко: Скоро може да успеем да потвърдим съществуването на гравитационни молекули и чрез това да отворим прозорец към скрития тъмен сектор на нашия космос.
Източник: Weird 'gravitational molecules' could orbit black holes like electrons swirling around atoms
Paul Sutter, Live Science
Още по темата
Физика
Предложена е нова теория за произхода на тъмната материя
Космос
Разгадаха аномалията на галактиката, съдържаща 99,99% тъмна материя
Физика
Черните дупки и най-тъмната тайна на Млечния път
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари