סוג חדש של כוכב נוצר על פני כדור הארץ: איך הוא "מעמיד פנים" להיות חור שחור ומיישב פיזיקה

למרות שהאובייקט המסתורי מסוג חדש הוא, לעת עתה, בנייה מתמטית היפותטית, הדמיות חדשות,

שנערך על ידי חוקרים מהאוניברסיטהג'ונס הופקינס, מציע שייתכן שיש גרמי שמים אחרים בחלל המוסתרים אפילו מהטלסקופים הטובים ביותר על פני כדור הארץ. החפץ נראה בדיוק כמו חור שחור, אבל הוא פולט אור.

איך הכל התחיל?

לא יהיה מחקר חדש ללא כבידהגלים אלו הם שינויים בשדה הכבידה שנעים כמו גלים. הם נפלטים על ידי מסות נעות, אך לאחר הקרינה הם מופרדים מהם ומתקיימים ללא תלות במסות אלו. קשור מתמטית להפרעה של מדד המרחב-זמן וניתן לתאר אותו כ"גלי מרחב-זמן". במילים אחרות, אלו הן תנודות במרחב-זמן שמתרחקות מעצמים מסיביים הנעים בתאוצה. ככל שהתאוצה והמסה של עצם גבוהים יותר, כך הרטט גדול יותר.

פעם ראשונה מדברים על גלי כבידההפיזיקאי המצטיין אלברט איינשטיין, שלפני מאה שנה חזה את קיומם במסגרת תורת היחסות הכללית (GTR). עם זאת, הם התגלו רק בשנת 2015 וזה זעזע את עולם האסטרופיזיקה שכן הוא אישר את קיומם של חורים שחורים.

מושג חור שחור. צילום: אלן

חור שחור הוא אזור של מרחב-זמןבעל משיכה כבידה כל כך חזקה ששום חלקיקים או קרינה אלקטרומגנטית לא יכולים לעזוב אותו. הגבול של אזור זה נקרא אופק האירועים. באביב 2019, כלי תקשורת ברחבי העולם הראו את התצלום הראשון של חור שחור (ליתר דיוק, "צלליתו"). מסיבת העיתונאים, שבה הוצגו תוצאות התגלית המדעית, נערכה בשש ערים בבת אחת - מוושינגטון ועד בריסל וטוקיו.

מה אם…?

בהשראת התגליות הללו, צוות של מדעניםאוניברסיטת ג'ונס הופקינס החליטה לחקור את האפשרות של עצמים אחרים שיכולים, בתיאוריה, לייצר השפעות כבידה דומות, אך חיישנים בכדור הארץ קוראים אותם כחורים שחורים. פיזיקאים קראו לאובייקטים כאלה סולוטון טופולוגי. סימולציות חדשות מתארות אחת מהן בצורה מציאותית. מרחוק זה נראה כמו תמונה מטושטשת של חור שחור, אבל מקרוב זה משהו אחר לגמרי.

מה זה סוליטון?

בשלב זה האובייקט הוא היפותטי.אבל העובדה שהצוות בנה אותו באמצעות משוואות מתמטיות והראה כיצד הוא נראה באמצעות סימולציות מעידה על כך שייתכן שיש סוגים אחרים של גרמי שמיים בחלל, המסתתרים אפילו מהטלסקופים הטובים ביותר על פני כדור הארץ.

לפי הנתונים שהתקבלו, הטופולוגיהסוליטון מעוות את החלל בדיוק כמו חור שחור, אבל מתנהג אחרת. הוא פולט אלומות אור חלשות שאינן יכולות להימלט מכוח הכבידה החזק של חור אמיתי.

סרטון וידאו המציג את ההשפעות של עדשת כבידה הנגרמת מהיעדר עצם בקו הראייה של המתבונן, חור שחור וסוליטון טופולוגי.
קרדיט: פייר היידמן / אוניברסיטת ג'ונס הופקינס

"האור כפוף מאוד, אבל במקוםנספג, כמו בחור שחור, הוא מתפוגג בתנועות מוזרות, עד שבשלב מסוים הוא חוזר אליך בצורה כאוטית. אתה לא רואה את הכתם האפל. כל מה שאתה רואה הוא "טשטוש", מה שאומר שהאור מסתובב בפראות סביב האובייקט המוזר הזה", כותבים מחברי המחקר.

שדה הכבידה של חור שחור הוא כךחזק שהאור יכול להסתובב סביבו במרחק מסוים מהמרכז, בדיוק כפי שכדור הארץ סובב סביב השמש. הוא מגדיר את קצה ה"צל" של החור השחור, כך שכל אור בולט יגיע ל"אופק האירועים" ולא יוכל להימלט.

מה עשו המדענים?

פיזיקאים בהופקינס דימו כמהתרחישים המשתמשים בתמונות של החלל החיצון כאילו נלכדו על ידי מצלמה, תוך הצבת חור שחור וסוליטון טופולוגי מול העדשה. כתוצאה מכך, הם קיבלו תמונות מעוותות עקב השפעת הכבידה של גופים מסיביים.

סוליטונים משמשים כמודלים הטובים ביותר של איךאובייקטים חדשים של כוח משיכה קוונטי נראים כמו חורים שחורים. הם יצרו בעבר מודלים של כוכבים בוזוניים, כוכבי גראב וחפצים היפותטיים אחרים שיכולים להיות בעלי השפעות כבידה דומות לצורות אקזוטיות של חומר.

מושג חור שחור: Creazilla

"זוהי הסימולציה הראשונה בעלת משמעות אסטרופיזיתאובייקטים של תורת המיתרים, מכיוון שאנו יכולים לאפיין את ההבדלים בין סוליטון טופולוגי לחור שחור כאילו צופה רואה אותם בשמים", מסבירים מחברי המחקר.

מה הקשר של תורת המיתרים?

מחברי המחקר החדש השתמשו בתוצאות שונות מתורת המיתרים ובשנת 2021, גילו דרכים לבנות סוליטון טופולוגיים באמצעות תורת היחסות הכללית של איינשטיין.

תורת המיתרים היא ענף של פיסיקה תיאורטית,לימוד הדינמיקה של האינטראקציה של עצמים לא כחלקיקים נקודתיים, אלא כאובייקטים מורחבים חד-ממדיים, מה שנקרא מחרוזות קוונטיות. תיאוריה זו היא אחד הניסיונות לשלב בין תורת היחסות הכללית לבין פיזיקת הקוונטים.

כוח המשיכה והעולם הקוונטי נחשבים היסטוריתמנוגדים, תהליכים שונים. אבל, לפי החוקרים, זה לא לגמרי נכון. מדענים ניסו ליצור "תיאוריה של הכל" - לאחד את תורת היחסות והעולם הקוונטי. תוך כדי כך יצרו פיזיקאים תיאוריות רבות מאוד יוצאות דופן, אחת מהן היא תורת המיתרים.

מדוע המחקר החדש כל כך חשוב?

המוזרות של המחקר החדש היא בדיוק זו:הוא מסביר תיאוריות בסיסיות על פעולתו הפנימית של היקום שאינן נמצאות במודלים אחרים. הוא משתמש בתורת המיתרים, המיישמת בין מכניקת הקוונטים לבין תורת הכבידה של איינשטיין.

"זו תחילתו של מחקר נפלאתוכניות. אנו מקווים שבעתיד נוכל למעשה להציע סוגים חדשים של כוכבים קומפקטיים במיוחד, המורכבים מסוגים חדשים של חומר מכוח הכבידה הקוונטית".

קרא עוד:

תמונה הופיעה בתוך הבולען התת-ימי השני בעומקו בעולם

ראה מה קרה למרקורי כשהגיע הכי קרוב שאפשר לשמש

מדענים הבינו את טבעה של "המפלצת" הקדומה המסתורית

תמונת שער: יוקטרז