Порталы в другие Вселенные и источник темной материи. 6 невероятных теорий о черных дырах

Одной из таких гипотез является идея о том, что черные дыры действительно защищают нас от непредсказуемого влияния сингулярности — загадочных мест, где нарушается то, как мы воспринимаем окружающий мир. Согласно теориям, гравитация этих мест настолько мощна, что полностью меняет пространство-время вокруг себя.

Ученые предполагают, что сингулярности существуют внутри черных дыр, а чтобы понять ее природу, мы должны решить едва ли не главную научную загадку в истории — объединить классическую и квантовую физики.

Благодаря тому, что сингулярности находятся внутри черных дыр, мы не сталкиваемся с ними в нашем мире. Мы даже представить себе не можем, как бы на нашу Вселенную повлияло попадание сингулярности в открытый космос, однако очевидно, что последствия были бы масштабными. Возможно, именно черные дыры являются «щитами» нашего мира, спасающими его от сингулярностей и их загадочных сил? Ответ на этот вопрос является основой космической цензуры — теоретической концепции, к разгадке которой недавно удалось приблизиться ученым.

Загадочная черная дыра, которая не должна существовать

Недавно команда американских ученых нашла сверхмассивную первичную черную дыру в центре галактики COS-87259, образовавшуюся всего через 750 миллионов лет после Большого взрыва. Она имеет массу в миллиард раз больше нашего Солнца — однако интересует ученых не только это, но и сама природа этой черной дыры, ведь до сих пор исследователи ни разу не видели подобных объектов.

Она просто слишком велика как для объекта, появившегося так быстро после формирования Вселенной.

Мы знаем, что небольшие чёрные дыры звездной массы обычно формируются после коллапса одиночной массивной звезды, у которой заканчивается топливо для термоядерного синтеза — ее внутреннее давление уменьшается и, если звезда достаточно массивна, ее ядро разрушается под влиянием гравитации. После этого на ее месте появляется черная дыра.

Однако во Вселенной существует множество сверхмассивных черных дыр, то есть тех, масса которых превышает массу Солнца в сотни, миллионы и даже миллиарды раз. Их происхождение до сих пор остается предметом дискуссий — причем вполне возможно, что верна не одна теория.

Так, распространено мнение, что сверхмассивные черные дыры вырастают из сливающихся в одну меньших черных дыр. Причем чем больше черная дыра, тем сильнее ее гравитация, которая притягивает к себе не только пыль и газ внутри галактики, но и другие звезды и черные дыры. Наблюдения за ранней Вселенной показывают, что сверхмассивные черные дыры формировались уже в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва. Однако с научной точки зрения это удивительно, ведь этого времени совсем мало для появления таких огромных объектов — обычно на эволюцию сверхмассивных черных дыр уходят миллиарды лет.

Однако черная дыра COS-87259 может стать доказательством этой теории. Более того, исследователи, нашедшие эту черную дыру, предполагают, что этот древний космический монстр может быть лишь одной из тысячи сверхмассивных черных дыр, спрятанных в ранней Вселенной.

Черные дыры растут, потому что Вселенная расширяется

Команда астрофизиков из Гавайского университета в Маноа, Чикагского университета и Мичиганского университета в Анн-Арборе предложили еще одну гипотезу, объясняющую рост черных дыр. В своем исследовании они предположили, что эти объекты могут увеличиваться не только поглощая окружающую их материю, но и в результате еще более естественного процесса — расширение Вселенной.

Выше уже было отмечено, что процесс слияния черных дыр между собой или поглощение звезд — довольно долгие процессы, которые могут растянуться на миллионы и даже миллиарды лет. Однако за это время Вселенная не стоит на месте — она также становится больше и удивительно, что раньше об этой связи никто не задумывался, утверждают ученые.

Чтобы проверить свое предположение, ученые смоделировали рождение, жизнь и смерть миллионов пар больших звезд, в результате чего появлялась пара черных дыр. Все они были связаны с размером Вселенной — с ростом массы черных дыр также росли. Когда исследователи сравнили свои модели с данными детекторов гравитационных волн, они поняли, что все сходится.

Ученые подчеркивают, что их гипотеза подходит еще и потому, что она не опровергает наши имеющиеся знания об эволюции звезд. Они уверены, что их идея вполне реалистична, а дальнейшие наблюдения помогут им проверить ее в будущем.

Источник темной энергии?

Темная материя — компонент Вселенной, которую ученые до сих пор не смогли зафиксировать. Если просто объяснить, то обычная материя — то есть вы сами, ваша чашка, наша планета и звезды, которые мы видим в небе, — это лишь 31% от общего количества материи. Остальные 69% приходятся на темную материю — ученые до сих пор не знают, что это такое и в каком виде она существует. В отличие от обычной материи, темную материю мы не можем ни увидеть, ни оценить ее состав, ни описать ее свойства, ведь она не отражает и не излучает свет — фактически, никак не взаимодействуя с ним. Именно поэтому это вещество и получило свое темное название.

Однако исследователи уверены в существовании темной материи из-за ее специфического гравитационного воздействия: она является чем-то вроде космологического клея и не дает галактикам, звездам и планетам хаотично разлететься из-за расширения Вселенной.

Идею о том, что источником темной материи черные дыры выражал еще Стивен Хокинг в соавторстве с Бернардом Карром. Позже мы рассказывали и о других исследованиях, продолжавших развивать эту гипотезу. Она, кстати, хорошо подходит и под теорию о том, что черные дыры растут из-за расширения Вселенной, ведь чем больше в мире темной энергии — тем быстрее она расширяется и тем быстрее растут черные дыры.

Недавно команда ученых под руководством Гавайского университета провела исследования и расчеты, которые показали, что существующие черные дыры действительно могли бы обеспечить то количество темной энергии, которое существует во Вселенной. Это не только объяснило бы происхождение этой компоненты космоса, решив одну из важнейших задач космологии, но и заставило бы пересмотреть наше понимание черных дыр и их роли в космосе.

Ведут в другие Вселенные

Международная команда физиков из Швейцарии и Канады использовала теорию суперструн и объяснила, как черные дыры могут быть порталами в бесконечное количество параллельных миров.

«Мы показываем, что S-брана, которая возникает в горизонте черной дыры, когда кривизна Вейля достигает масштаба струны, вызывает непрерывный переход между внутренней частью черной дыры и началом новой Вселенной. Это обеспечивает одновременное разрешение сингулярностей черной дыры и Большого взрыва. Таким образом проблема исчезновения информации в черной дыре решается сама собой», — пишут исследователи.

Теперь, когда вы не дочитали приведенное выше объяснение ученых, мы предлагаем вам перевод с научного на человеческий язык в нашей статье.

Черные дыры могут быть совсем не чёрными. И даже не дырами

Существует гипотеза, что черные дыры на самом деле это гипотетические объекты, которые называют планковскими звездами. Вместо сингулярности внутри них находится очень плотное ядро материи, сжатое до малейших возможных масштабов — планковской длины. Это примерно в 100 триллионов раз меньше протона, одной из самых маленьких известных нам частиц.

Планковская звезда не имеет горизонта событий, то есть какой-то «границы», пересекая которую, частицы не могли бы убежать от гравитации объекта. Это позволило бы решить множество парадоксов, связанных с тем, как работают материя и энергия вблизи черных дыр. Есть даже гипотезы о том, что именно планковские звезды, а не черные дыры являются источником темной материи.