Nors paslaptingas naujo tipo objektas kol kas yra hipotetinė matematinė konstrukcija, nauji modeliai,
Kaip viskas prasidėjo?
Nebūtų naujų tyrimų be gravitacijosbangos Tai gravitacinio lauko pokyčiai, keliaujantys kaip bangos. Juos skleidžia judančios masės, tačiau po spinduliavimo jie nuo jų atsiskiria ir egzistuoja nepriklausomai nuo šių masių. Matematiškai susijęs su erdvėlaikio metrikos sutrikimu ir gali būti apibūdintas kaip „erdvės laiko bangavimas“. Kitaip tariant, tai erdvės laiko svyravimai, kurie tolsta nuo masyvių objektų, judančių su pagreičiu. Kuo didesnis objekto pagreitis ir masė, tuo didesnė vibracija.
Pirmą kartą kalbame apie gravitacines bangaspuikus fizikas Albertas Einšteinas, prieš šimtmetį numatęs jų egzistavimą bendrosios reliatyvumo teorijos (GTR) rėmuose. Tačiau jie buvo atrasti tik 2015 metais ir tai sukrėtė astrofizikos pasaulį, nes patvirtino juodųjų skylių egzistavimą.
Juodosios skylės koncepcija. Nuotrauka: Alain
Juodoji skylė yra erdvės laiko sritisturintis tokį stiprų gravitacinį potraukį, kad iš jo negali išeiti jokios dalelės ar elektromagnetinė spinduliuotė. Šio regiono riba vadinama įvykių horizontu. 2019 metų pavasarį žiniasklaida visame pasaulyje parodė pirmąją juodosios skylės (tiksliau jos „silueto“) nuotrauką. Spaudos konferencija, kurioje buvo pristatyti mokslinio atradimo rezultatai, vyko iš karto šešiuose miestuose – nuo Vašingtono iki Briuselio ir Tokijo.
O jei…?
Šių atradimų įkvėpta mokslininkų komandaJohnso Hopkinso universitetas nusprendė ištirti kitų objektų, kurie teoriškai galėtų sukelti panašų gravitacinį poveikį, galimybę, tačiau jutikliai Žemėje juos nuskaito kaip juodąsias skyles. Fizikai tokius objektus vadino topologiniais solitonais. Nauji modeliai realistiškai vaizduoja vieną iš jų. Iš tolo tai atrodo kaip neryški juodosios skylės nuotrauka, bet iš arti tai visai kas kita.
Kas yra solitonas?
Šiame etape objektas yra hipotetinis.Tačiau tai, kad komanda jį sukūrė naudodama matematines lygtis ir modeliavimu parodė, kaip jis atrodo, rodo, kad erdvėje gali būti ir kitų tipų dangaus kūnų, kurie slepiasi net nuo geriausių Žemės teleskopų.
Pagal gautus duomenis topologinisSolitonas iškreipia erdvę kaip juodoji skylė, bet elgiasi kitaip. Jis skleidžia silpnus šviesos pluoštus, kurie negali išvengti stiprios tikros skylės gravitacinės jėgos.
Vaizdo klipas, kuriame rodomas gravitacinio lęšio poveikis, kurį sukelia objekto nebuvimas stebėtojo matymo linijoje, juodoji skylė ir topologinis solitonas.
Kreditas: Pierre'as Heidmannas / Johnso Hopkinso universitetas
„Šviesa yra labai išlenkta, bet vietoj tosusigėręs, kaip juodojoje skylėje, išsisklaido keistais judesiais, kol tam tikru momentu chaotiškai grįžta pas tave. Tu nematai tamsios dėmės. Viskas, ką matote, yra „neryškumas“, o tai reiškia, kad šviesa beprotiškai sukasi aplink šį keistą objektą“, – rašo tyrimo autoriai.
Juodosios skylės gravitacinis laukas yra toksstipri, kad šviesa gali suktis aplink ją tam tikru atstumu nuo centro, kaip ir Žemė sukasi aplink Saulę. Jis apibrėžia juodosios skylės „šešėlio“ kraštą, kad bet kokia krintanti šviesa atsidurtų „įvykių horizonte“ ir negalėtų pabėgti.
Ką padarė mokslininkai?
Hopkinso fizikai imitavo keletąscenarijai, kuriuose naudojami kosmoso vaizdai, tarsi jie būtų užfiksuoti fotoaparatu, prieš objektyvą įdedant juodąją skylę ir topologinį solitoną. Dėl to jie gavo iškreiptus vaizdus dėl masyvių kūnų gravitacinės įtakos.
Solitonai yra geriausi modeliai, kaipNauji kvantinės gravitacijos objektai atrodo lyg lyginant su juodosiomis skylėmis. Jie anksčiau buvo sukūrę bozoninių žvaigždžių, gravitacijos žvaigždžių ir kitų hipotetinių objektų modelius, kurie gali turėti panašų gravitacinį poveikį kaip egzotiškos materijos formos.
Juodosios skylės koncepcija: Creazilla
„Tai pirmasis astrofiziškai reikšmingo modelio modeliavimasstygų teorijos objektai, nes topologinio solitono ir juodosios skylės skirtumus galime apibūdinti taip, lyg stebėtojas juos matytų danguje“, – aiškina tyrimo autoriai.
Ką su tuo turi stygų teorija?
Naujojo tyrimo autoriai naudojo įvairius stygų teorijos rezultatus ir 2021 m. atrado būdus, kaip sukurti topologinius solitonus naudojant Einšteino bendrąją reliatyvumo teoriją.
Stygų teorija yra teorinės fizikos šaka,tiriant objektų sąveikos dinamiką ne kaip taškinių dalelių, o kaip vienmačių išplėstinių objektų, vadinamųjų kvantinių stygų. Ši teorija yra vienas iš bandymų sujungti Bendrąją reliatyvumo teoriją ir kvantinę fiziką.
Gravitacija ir kvantinis pasaulis yra istoriškai laikomipriešingi, skirtingi procesai. Tačiau, pasak mokslininkų, tai nėra visiškai tiesa. mokslininkai bandė sukurti „visko teoriją“ – suvienyti reliatyvumą ir kvantinį pasaulį. Per šį procesą fizikai sukūrė daug labai neįprastų teorijų, viena iš jų buvo stygų teorija.
Kodėl naujas tyrimas toks svarbus?
Naujojo tyrimo ypatumas yra būtent toks:jame paaiškinamos pagrindinės teorijos apie vidinį Visatos veikimą, kurių nėra kituose modeliuose. Jame naudojama stygų teorija, kuri suderina kvantinę mechaniką ir Einšteino gravitacijos teoriją.
„Tai nuostabaus tyrimo pradžiaprogramas. Tikimės, kad ateityje iš tikrųjų galėsime pasiūlyti naujų tipų itin kompaktiškų žvaigždžių, sudarytų iš naujų kvantinės gravitacijos medžiagų rūšių.
Skaityti daugiau:
Nuotrauka pasirodė antroje pagal gylį pasaulyje povandeninėje smegduobėje
Pažiūrėkite, kas atsitiko Merkurijui, kai jis kuo arčiau Saulės
Mokslininkai išsiaiškino paslaptingo senovės „pabaisos“ prigimtį
Viršelio nuotrauka: Yukterez