Choć tajemniczy obiekt nowego typu to na razie hipotetyczna konstrukcja matematyczna, nowe symulacje,
Jak to wszystko się zaczęło?
Bez grawitacji nie byłoby nowych badańfale Są to zmiany w polu grawitacyjnym, które przemieszczają się jak fale. Są emitowane przez poruszające się masy, jednak po wypromieniowaniu oddzielają się od nich i istnieją niezależnie od tych mas. Matematycznie powiązane z zaburzeniem metryki czasoprzestrzeni i można je opisać jako „fale czasoprzestrzeni”. Innymi słowy, są to fluktuacje czasoprzestrzeni oddalające się od masywnych obiektów poruszających się z przyspieszeniem. Im większe przyspieszenie i masa obiektu, tym większe wibracje.
Pierwszy raz mówię o falach grawitacyjnychwybitny fizyk Albert Einstein, który sto lat temu przewidział ich istnienie w ramach ogólnej teorii względności (GTR). Odkryto je jednak dopiero w 2015 roku i to zszokowało świat astrofizyki, gdyż potwierdziło istnienie czarnych dziur.
Koncepcja czarnej dziury. Zdjęcie: Alain
Czarna dziura to obszar czasoprzestrzenimający tak silne przyciąganie grawitacyjne, że żadne cząstki ani promieniowanie elektromagnetyczne nie mogą go opuścić. Granica tego regionu nazywana jest horyzontem zdarzeń. Wiosną 2019 roku media na całym świecie pokazały pierwsze zdjęcie czarnej dziury (a dokładniej jej „sylwetki”). Konferencja prasowa, na której zaprezentowano wyniki naukowego odkrycia, odbyła się jednocześnie w sześciu miastach - od Waszyngtonu po Brukselę i Tokio.
A co jeśli?
Zainspirowany tymi odkryciami zespół naukowcówUniwersytet Johnsa Hopkinsa postanowił zbadać możliwość istnienia innych obiektów, które teoretycznie mogłyby wytwarzać podobne efekty grawitacyjne, ale czujniki na Ziemi odczytywały je jako czarne dziury. Fizycy nazywali takie obiekty solitonami topologicznymi. Nowe symulacje realistycznie przedstawiają jedną z nich. Z daleka wygląda jak rozmyte zdjęcie czarnej dziury, ale z bliska to coś zupełnie innego.
Co to jest soliton?
Na tym etapie obiekt jest hipotetyczny. Jednak fakt, że zespół zbudował go przy użyciu równań matematycznych i pokazał, jak to wygląda za pomocą symulacji, sugeruje, że w kosmosie mogą znajdować się inne typy ciał niebieskich, ukrywające się przed nawet najlepszymi teleskopami na Ziemi.
Według uzyskanych danych topologicznasoliton zniekształca przestrzeń podobnie jak czarna dziura, ale zachowuje się inaczej. Emituje słabe wiązki światła, które nie mogą uciec przed silną grawitacją prawdziwej dziury.
Klip wideo pokazujący skutki soczewkowania grawitacyjnego spowodowanego brakiem obiektu w polu widzenia obserwatora, czarną dziurą i solitonem topologicznym.
Źródło: Pierre Heidmann / Johns Hopkins University
„Światło jest mocno zakrzywione, ale zamiast tegowchłaniany, jak w czarnej dziurze, rozprasza się w dziwacznych ruchach, aż w pewnym momencie powraca do ciebie w chaotyczny sposób. Nie widzisz ciemnej plamy. Wszystko, co widzisz, to „rozmycie”, co oznacza, że światło wiruje dziko wokół tego dziwnego obiektu” – piszą autorzy badania.
Pole grawitacyjne czarnej dziury takie jestsilny, że światło może krążyć wokół niego w pewnej odległości od centrum, tak jak Ziemia krąży wokół Słońca. Definiuje krawędź „cienia” czarnej dziury, tak że każde padające światło trafi do „horyzontu zdarzeń” i nie będzie mogło uciec.
Co zrobili naukowcy?
Fizycy z Hopkins przeprowadzili kilka symulacjiscenariusze wykorzystujące obrazy przestrzeni kosmicznej tak, jakby były uchwycone przez kamerę, umieszczając przed obiektywem czarną dziurę i topologiczny soliton. W rezultacie otrzymali zniekształcone obrazy na skutek grawitacyjnego wpływu masywnych ciał.
Solitony służą jako najlepsze modele tego, jak to zrobićNowe obiekty grawitacji kwantowej wyglądają jak czarne dziury. Wcześniej stworzyli modele gwiazd bozonowych, gwiazd grawitacyjnych i innych hipotetycznych obiektów, które mogą mieć podobne efekty grawitacyjne jak egzotyczne formy materii.
Koncepcja czarnej dziury: Creazilla
„To pierwsza symulacja o znaczeniu astrofizycznymobiekty teorii strun, ponieważ możemy scharakteryzować różnice między topologicznym solitonem a czarną dziurą tak, jakby obserwator widział je na niebie” – wyjaśniają autorzy badania.
Co ma z tym wspólnego teoria strun?
Autorzy nowego badania wykorzystali różne wyniki teorii strun i w 2021 roku odkryli sposoby konstruowania solitonów topologicznych przy użyciu ogólnej teorii względności Einsteina.
Teoria strun jest gałęzią fizyki teoretycznej,badanie dynamiki oddziaływań obiektów nie jako cząstek punktowych, ale jako jednowymiarowych rozciągłych obiektów, tzw. strun kwantowych. Teoria ta jest jedną z prób połączenia Ogólnej Teorii Względności i fizyki kwantowej.
Grawitacja i świat kwantowy są rozważane historycznieprzeciwne, różne procesy. Jednak według badaczy nie jest to do końca prawdą. naukowcy próbowali stworzyć „teorię wszystkiego” – aby ujednolicić teorię względności i świat kwantowy. W trakcie tego procesu fizycy stworzyli wiele bardzo nietypowych teorii, jedną z nich jest teoria strun.
Dlaczego nowe badanie jest tak ważne?
Specyfika nowego badania polega właśnie na tym, że:wyjaśnia podstawowe teorie dotyczące wewnętrznego funkcjonowania Wszechświata, których nie można znaleźć w innych modelach. Wykorzystuje teorię strun, która godzi mechanikę kwantową i teorię grawitacji Einsteina.
„To początek wspaniałych badańprogramy. Mamy nadzieję, że w przyszłości rzeczywiście będziemy mogli zaproponować nowe typy ultrakompaktowych gwiazd składających się z nowych rodzajów materii pochodzącej z grawitacji kwantowej.”
Czytaj więcej:
Zdjęcie pojawiło się w drugim najgłębszym podwodnym dole krasowym na świecie
Zobacz, co stało się z Merkurym, gdy zbliżył się jak najbliżej Słońca
Naukowcy odkryli naturę tajemniczego starożytnego „potwora”
Zdjęcie na okładce: Yukterez