В една разширяваща се вселена уравненията на Айнщайн изискват скоростта на разширяване на вселената в хоризонта на събитията на всяка черна дупка да бъде константа, еднаква за всички черни дупки, е установил физик, изследващ черни дупки.
На свой ред това означава, че единствената енергия на хоризонта на събитията е тъмната енергия, така наречената космологична константа. Проучването е публикувано на сървъра за препринти на arXiv.
"В противен случай, натискът на материята и кривината на пространство-времето ще трябва да са безкрайни на хоризонта, но това противоречи на физиката", обяснявва Никодем Пославски (Nikodem Popławski), преподавател в университета в Ню Хейвън.
Черните дупки са завладяваща тема, защото са най-простият обект във Вселената: техните единствени свойства са маса, електрически заряд и ъглов момент (спин, въртене). И все пак тяхната простота поражда едно фантастично свойство - те имат хоризонт на събитията на критично разстояние от черната дупка, нефизическа повърхност около нея, сферична в най-простите случаи. Всичко, което е по-близо до черната дупка, тоест вътре в хоризонта на събитията, никога не може да избяга от нея.
Черните дупки са предсказани през 1916 г. от Карл Шварцшилд.
Кредит: https://bgchaos.com/
Първото и най-важно точно решение на полевите уравнения на Айнщайн е решението на Шварцшилд, което предсказва съществуването на черни дупки - масивен, невъртящ се, идеално кръгъл обект в иначе празна и непроменлива вселена и открива хоризонта на събитията. Радиусът на хоризонта на събитията е пропорционален на масата на черната дупка. Вътре в хоризонта дори светлината, най-бързото във Вселената, не може да избяга от дупката. По-късно, през 1963 г., новозеландският математико Рой Кер също решава полевите уравнения на Айнщайн от Общата теория на относителността и описва въртящите се черни дупки
Шварцшилд открива и очевидна сингулярност в центъра на черните дупки, място с безкрайна плътност, където законите на Айнщайн за гравитацията очевидно се нарушават.
Оттогава астрономите са установили, че повечето галактики изглежда имат свръхмасивна черна дупка в центъра си - за Млечния път това е Стрелец A*, с маса над четири милиона пъти по-голяма от тази на Слънцето.
Черната дупка бе заснета директно едва през 2019 г., черно петно с ореол от светлина около него, разположено в центъра на галактиката Месие 87, на 55 милиона светлинни години от Земята.
Излизайки отвъд рамката на Шварцшилд, Пославски предполага наличието на масивен, централно симетричен обект в разширяваща се вселена. В този случай решението на уравненията на Айнщайн за структурата на пространство-времето около масата е получено за първи път през 1933 г. от британския математик и космолог Джордж Маквити (George McVittie).
Маквити установява, че в близост до масата пространство-времето е като това на Шварцшилд, с хоризонт на събитията, но далеч от масата Вселената се разширява, както е нашата вселена днес. Параметърът на Хъбъл, наричан още константа на Хъбъл, определя скоростта на разширяване на Вселената.
Пославски използва решението на Маквити, за да установи, че скоростта на разширяване на пространството в хоризонта на събитията трябва да бъде константа, свързана само с космологичната константа (която може да се тълкува като енергийната плътност на вакуума на пространство-времето).
Днес това се нарича плътност на тъмната енергия. Тоест, единствената енергия на хоризонта е тъмната енергия. Последствието според Пославски е, че различните части на Вселената се разширяват с различна скорост.
Всъщност, нещо подобно е открито с така нареченото "напрежение на Хъбъл", статистически значимо несъответствие между две различни измерени стойности на параметъра на Хъбъл, в зависимост от това дали се използват измервания на "късната вселена" или от "ранната вселена", базирани на измервания на космическия микровълнов фон. Пославски посочва в работата си, че това несъответствие "е естествено следствие от правилен анализ на пространство-времето на една черна дупка в разширяваща се вселена в рамките на Общата теория на относителността на Айнщайн".
Освен това неговите уравнения показват, че следствие от разширяването на Вселената с различна скорост е, че космологичната константа - и следователно стойността на тъмната енергия - трябва да е положителна. В противен случай, без тази константа, заявява Пославски, "една затворена вселена би била осцилаторна и не би могла да създаде космически празнини (войдове)".
"Това е най-простото обяснение на наблюдаваното текущо ускорение на Вселената."
За една звезда, да речем, вселената също се разширява на нейната повърхност, но тялото ѝ не се разширява, защото е гравитационно и електромагнитно свързано.
Хоризонтът на събитията обаче е математически абстрактно нещо, а не нещо, направено от материя или енергия, а просто от точки от пространството, така че постоянната скорост на разширяване на пространството там не е изненадваща. Самият хоризонт на събитията (и следователно черната дупка) не се разширява - точки от пространството извън хоризонта се отдалечават от него.
Истинските черни дупки се въртят, но ако въртенето обикновено е бавно, заключенията на Пославски трябва да се прилагат и за тях с добро приближение. Но измерването на параметъра на Хъбъл в хоризонта на събитията в момента е невъзможно, освен ако не бъдат разработени нови техники.
Наблюдател на хоризонта на събитията би могъл по принцип да измери параметъра на Хъбъл там, но никога не би могъл да съобщи стойността му на останалата част от Вселената, тъй като пада отвъд хоризонта на събитията и никаква информация не може да бъде изпратена обратно през него.
Това е свързано, обяснява Пославски, с хипотезата, която той публикува през 2010 г .: че всяка черна дупка всъщност е червеева дупка (мост на Айнщайн-Розен ) към нова вселена от другата страна на нейния хоризонт на събитията.
"Хоризонтът на събитията е врата от една вселена към друга", отбелязва Пославски. "Тази врата не расте с разширяването на Вселената... Ако това се случи за хоризонта на събитията на черната дупка, образуваща вселена, би трябвало да работи и за хоризонтите на събитията на други черни дупки в тази вселена."
Справка: Nikodem Popławski, Black holes in the expanding Universe, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2405.16673
Източник: The surprising behavior of black holes in an expanding universe, David Appell, Phys.org
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари