Портали в інші Всесвіти та джерело темної матерії. 6 неймовірних теорій про чорні діри

Однією з таких гіпотез є ідея про те, що чорні діри насправді захищають нас від непередбачуваного впливу сингулярності — загадкових місць, де порушується те, як ми сприймаємо навколишній світ. Згідно з теоріями, гравітація цих місць настільки потужна, що повністю змінює простір-час навколо себе.

Вчені припускають, що сингулярності існують усередині чорних дір, а щоб зрозуміти її природу, ми маємо вирішити ледь не головну наукову загадку в історії — об'єднати класичну і квантову фізики.

Завдяки тому, що сингулярності містяться всередині чорних дір, ми не стикаємося з ними в нашому світі. Ми навіть уявити собі не можемо, як би на наш Всесвіт вплинуло потрапляння сингулярності у відкритий космос — однак очевидно, що наслідки були б масштабними. Можливо, саме чорні діри є «щитами» нашого світу, які рятують його від сингулярностей і їхніх загадкових сил? Відповідь на це питання є основою космічної цензури — теоретичної концепції, до розгадки якої нещодавно вдалося наблизитися вченим.

Загадкова чорна діра, яка не має існувати

Нещодавно команда американських вчених знайшла надмасивну первинну чорну діру у центрі галактики COS-87259, яка утворилася всього через 750 мільйонів років після Великого вибуху. Вона має масу в мільярд разів більше за наше Сонце — проте цікавить вчених не тільки це, а й сама природа цієї чорної діри, адже досі дослідники жодного разу не бачили подібних об'єктів.

Вона просто занадто велика як для об'єкту, який з’явився так швидко після формування Всесвіту.

Ми знаємо, що невеликі чорні діри зіркової маси зазвичай формуються після колапсу одиночної масивної зірки, у якої закінчується паливо для термоядерного синтезу — її внутрішній тиск зменшується і, якщо зірка достатньо масивна, її ядро руйнюється під пливом гравітації. Після цього на її місці з’являється чорна діра.

Проте у Всесвіті існує велика кількість надмасивних чорних дір, тобто тих, маса яких перевищує масу Сонця в сотні, мільйони та навіть мільярди разів. Їхнє походження й досі залишається предметом дискусій — причому цілком можливо, що вірною є не одна теорія.

Так, розповсюдженою є думка, що надмасивні чорні діри виростають із менших чорних дір, що зливаються в одну. Причому чим більшою є чорна діра, тим сильнішою є її гравітація, яка притягує до себе не лише пил і газ всередині галактики, але й інші зірки та чорні діри. Спостереження за раннім Всесвітом показують, що надмасивні чорні діри формувалися вже у перші сотні мільйони років після Великого вибуху. Проте з наукової точки зору це дивно, адже цього часу зовсім мало для появи таких величезних об'єктів — зазвичай на еволюцію надмасивних чорних дір ідуть мільярди років.

Проте чорна діра COS-87259 може стати доказом цієї теорії. Ба більше, дослідники, які знайшли цю чорну діру, припускають, що цей стародавній космічний монстр може бути лише одним із тисячі надмасивних чорних дір, які заховані у ранньому Всесвіті.

Чорні діри ростуть, бо Всесвіт розширюється

Команда астрофізиків із Гавайського університету в Маноа, університету Чикаго й Мічиганського університету в Анн-Арборі запропонували ще одну гіпотезу, яка пояснює зростання чорних дір. У своєму дослідженні вони припустили, що ці об'єкти можуть збільшуватися не тільки поглинаючи матерію, що оточує їх, але і в результаті ще природнішого процесу — розширення Всесвіту.

Вище вже було зазначено, що процес злиття чорних дір між собою або поглинання зірок — це доволі довгі процеси, які можуть розтягнутися на мільйони та навіть мільярди років. Проте за цей час Всесвіт не стоїть на місці — він також стає більшим і дивно, що раніше про цей зв’язок ніхто не замислювався, стверджують учені.

Щоб перевірити своє припущення, учені змоделювали народження, життя та смерть мільйонів пар великих зірок, у результаті чого з’являлася пара чорних дір. Усі вони були пов’язані з розміром Всесвіту — із його зростанням маси чорних дір також зростали. Коли ж дослідники порівняли свої моделі з даними детекторів гравітаційних хвиль, вони зрозуміли, що все сходиться.

Учені підкреслюють, що їхня гіпотеза підходить ще й тому, що вона не спростовує наші наявні знання про еволюцію зірок. Вони впевнені, що їхня ідея є цілком реалістичною, а подальші спостереження допоможуть їм перевірити її у майбутньому.

Джерело темної енергії?

Темна матерія — компонент Всесвіту, який учені і досі не змогли зафіксувати. Якщо пояснити просто, то звичайна матерія — тобто ви самі, ваша чашка, наша планета та зірки, які ми бачимо у небі, — це лише 31% від загальної кількості матерії. Решта 69% припадають на темну матерію — вчені і досі не знають, що це таке та у якому вигляді вона існує. На відміну від звичайної матерії, темну матерію ми не можемо ні побачити, ні оцінити її склад, ні описати її властивості, адже вона не відбиває і не випромінює світло — фактично, ніяк не взаємодіючи з ним. Саме тому ця речовина і отримала свою темну назву.

Проте дослідники впевнені у існуванні темної матерії через її специфічний гравітаційний вплив: вона є чимось на кшталт космологічного клею і не дає галактикам, зіркам та планетам хаотично розлетітися через розширення Всесвіту.

Ідею про те, що джерелом темної матерії є чорні діри висловлював ще Стівен Гокінг у співавторстві з Бернардом Карром. Пізніше ми розповідали і про інші дослідження, які продовжували розвивати цю гіпотезу. Вона, до речі, добре підходить і під теорію про те, що чорні діри ростуть через розширення Всесвіту, адже чим більше у світі темної енергії — тим швидше він розширюється і тим швидше ростуть чорні діри.

Нещодавно команда вчених під керівництвом Гавайського університету провела дослідження та розрахунки, які показали, що існуючи чорні діри дійсно могли б забезпечити ту кількість темної енергії, яка існує у Всесвіті. Це не тільки пояснило б походження цієї компоненти космосу, розв’язавши одну із найважливіших задач космології, але й змусило б нас переглянути наше розуміння чорних дір та їхньої ролі у космосі.

Ведуть в інші Всесвіти

Міжнародна команда фізиків зі Швейцарії та Канади використала теорію суперструн і пояснила, як чорні діри можуть бути порталами до нескінченної кількості паралельних світів.

«Ми показуємо, що S-брана, яка виникає в горизонті чорної діри, коли кривизна Вейля досягає масштабу струни, викликає безперервний перехід між внутрішньою частиною чорної діри та початком нового Всесвіту. Це забезпечує одночасний дозвіл сингулярностей чорної діри та Великого вибуху. Таким чином, проблема зникнення інформації в чорній дірі вирішується сама собою», — пишуть дослідники.

Тепер, коли ви не дочитали наведене вище пояснення вчених, ми пропонуємо вам переклад із наукової людською мовою в нашій статті.

Чорні діри можуть бути зовсім не чорними. І навіть не дірами

Існує гіпотеза, що чорні діри насправді — це гіпотетичні об'єкти, які називають планківськими зірками. Замість сингулярності всередині них знаходиться надзвичайно щільне ядро матерії, стиснуте до найменших можливих масштабів — планківської довжини. Це приблизно в 100 трильйонів разів менше за протон, одну з найменших відомих нам частинок.

Планківська зірка не має горизонту подій, тобто якогось «кордону», перетнувши який, частинки не могли б утікти від гравітації об'єкта. Це дало б можливість вирішити безліч парадоксів, пов’язаних із тим, як працюють матерія та енергія поблизу чорних дірок. Існують навіть гіпотези про те, що саме планківські зірки, а не чорні діри є джерелом темної матерії.