ดาวประเภทใหม่ถูกสร้างขึ้นบนโลก: มัน "แกล้งทำเป็น" ให้เป็นหลุมดำและปรับฟิสิกส์ได้อย่างไร

แม้ว่าวัตถุลึกลับประเภทใหม่ในตอนนี้จะเป็นโครงสร้างทางคณิตศาสตร์เชิงสมมุติ การจำลองแบบใหม่

ดำเนินการโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกินส์ แนะนำว่าอาจมีเทห์ฟากฟ้าอื่นๆ ในอวกาศที่ซ่อนอยู่ แม้กระทั่งจากกล้องโทรทรรศน์ที่ดีที่สุดในโลกก็ตาม วัตถุนี้ดูเหมือนหลุมดำ แต่มันเปล่งแสงออกมา

ทุกอย่างเริ่มต้นอย่างไร

จะไม่มีงานวิจัยใหม่ใดที่ปราศจากแรงโน้มถ่วงคลื่น สิ่งเหล่านี้คือการเปลี่ยนแปลงในสนามโน้มถ่วงที่เคลื่อนที่เหมือนคลื่น พวกมันปล่อยออกมาจากมวลที่เคลื่อนที่ แต่หลังจากการแผ่รังสี พวกมันจะถูกแยกออกจากพวกมันและดำรงอยู่อย่างเป็นอิสระจากมวลเหล่านี้ เกี่ยวข้องทางคณิตศาสตร์กับการก่อกวนของเมตริกกาลอวกาศและสามารถอธิบายได้ว่าเป็น "ระลอกกาลกาลอวกาศ" กล่าวอีกนัยหนึ่ง สิ่งเหล่านี้คือความผันผวนของกาล-อวกาศซึ่งเคลื่อนที่ออกห่างจากวัตถุขนาดใหญ่ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง ยิ่งความเร่งและมวลของวัตถุสูง การสั่นสะเทือนก็จะยิ่งมากขึ้น

ครั้งแรกที่พูดถึงคลื่นความโน้มถ่วงนักฟิสิกส์ที่โดดเด่น Albert Einstein ซึ่งเมื่อหนึ่งศตวรรษก่อนทำนายการดำรงอยู่ของพวกเขาภายใต้กรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GTR) อย่างไรก็ตาม พวกมันถูกค้นพบในปี 2015 เท่านั้น และสิ่งนี้ทำให้โลกแห่งดาราศาสตร์ฟิสิกส์ตกตะลึงเมื่อยืนยันการมีอยู่ของหลุมดำ

แนวคิดเรื่องหลุมดำ ภาพถ่าย: “Alain”

หลุมดำเป็นพื้นที่ของกาลอวกาศมีแรงดึงดูดที่แรงมากจนไม่มีอนุภาคหรือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าหลุดออกไปได้ ขอบเขตของภูมิภาคนี้เรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ ในฤดูใบไม้ผลิปี 2019 สื่อทั่วโลกได้แสดงภาพถ่ายหลุมดำรูปแรก งานแถลงข่าวซึ่งมีการนำเสนอผลการค้นพบทางวิทยาศาสตร์จัดขึ้นใน 6 เมืองพร้อมกัน ตั้งแต่วอชิงตัน บรัสเซลส์ และโตเกียว

จะเกิดอะไรขึ้นถ้า…?

แรงบันดาลใจจากการค้นพบเหล่านี้โดยทีมนักวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัย Johns Hopkins ตัดสินใจศึกษาความเป็นไปได้ของวัตถุอื่นๆ ที่ในทางทฤษฎีสามารถสร้างผลกระทบแรงโน้มถ่วงที่คล้ายกัน แต่เซ็นเซอร์บนโลกอ่านว่าวัตถุเหล่านั้นเป็นหลุมดำ นักฟิสิกส์เรียกวัตถุดังกล่าวว่าโซลิตอนทอพอโลยี การจำลองใหม่แสดงให้เห็นหนึ่งในนั้นอย่างสมจริง เมื่อมองจากระยะไกล ดูเหมือนภาพถ่ายหลุมดำที่ไม่ชัดเจน แต่เมื่อมองในระยะใกล้กลับแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

โซลิตันคืออะไร?

ในขั้นตอนนี้วัตถุนั้นเป็นเพียงสมมุติฐานแต่ความจริงที่ว่าทีมงานสร้างมันขึ้นมาโดยใช้สมการทางคณิตศาสตร์และแสดงให้เห็นว่ามันดูเป็นอย่างไรผ่านการจำลอง ชี้ให้เห็นว่าอาจมีวัตถุท้องฟ้าประเภทอื่นอยู่ในอวกาศ ซึ่งซ่อนตัวจากกล้องโทรทรรศน์ที่ดีที่สุดในโลก

จากข้อมูลที่ได้รับโทโพโลยีโซลิตันบิดเบือนอวกาศเหมือนกับหลุมดำ แต่ทำงานต่างออกไป มันปล่อยลำแสงที่อ่อนแอซึ่งไม่สามารถหนีจากแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงของหลุมจริงได้

คลิปวิดีโอแสดงผลของเลนส์โน้มถ่วงที่เกิดจากการไม่มีวัตถุอยู่ในแนวสายตาของผู้สังเกต หลุมดำ และโซลิตอนทอพอโลยี
เครดิต: Pierre Heidmann / Johns Hopkins University

“แสงมีความโค้งงอมาก แต่แทนที่จะโค้งงอดูดซับไว้ราวกับหลุมดำ มันสลายไปในการเคลื่อนไหวที่แปลกประหลาด จนกระทั่งถึงจุดหนึ่งมันจะกลับมาหาคุณอย่างวุ่นวาย คุณจะไม่เห็นจุดด่างดำ สิ่งที่คุณเห็นคือ "ความพร่ามัว" ซึ่งหมายความว่าแสงหมุนรอบวัตถุแปลก ๆ นี้อย่างดุเดือด" ผู้เขียนการศึกษาเขียน

สนามโน้มถ่วงของหลุมดำเป็นเช่นนั้นแข็งแกร่งว่าแสงสามารถหมุนรอบตัวเองได้ในระยะห่างจากศูนย์กลาง เช่นเดียวกับที่โลกหมุนรอบดวงอาทิตย์ มันกำหนดขอบของ “เงา” ของหลุมดำ ดังนั้นแสงที่ตกกระทบจะไปจบลงที่ “ขอบฟ้าเหตุการณ์” และไม่สามารถหลบหนีออกไปได้

นักวิทยาศาสตร์ได้ทำอะไร?

นักฟิสิกส์ที่ฮอปกินส์ได้จำลองสถานการณ์หลายอย่างสถานการณ์โดยใช้ภาพจากอวกาศราวกับถูกกล้องจับภาพ โดยวางหลุมดำและโซลิตอนโทโพโลยีไว้ที่ด้านหน้าเลนส์ เป็นผลให้พวกเขาได้รับภาพที่บิดเบี้ยวเนื่องจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของวัตถุขนาดใหญ่

Solitons ทำหน้าที่เป็นแบบอย่างที่ดีที่สุดของวิธีการวัตถุใหม่ที่มีแรงโน้มถ่วงควอนตัมมีลักษณะเหมือนเมื่อเปรียบเทียบกับหลุมดำ ก่อนหน้านี้พวกเขาเคยสร้างแบบจำลองดาวโบโซนิค ดาวฤกษ์กราม และวัตถุสมมุติอื่นๆ ที่อาจมีผลกระทบแรงโน้มถ่วงคล้ายคลึงกับสสารรูปแบบแปลกตา

แนวคิดเกี่ยวกับหลุมดำ: Creazilla

“นี่เป็นการจำลองครั้งแรกที่มีนัยสำคัญทางดาราศาสตร์วัตถุของทฤษฎีสตริง เนื่องจากเราสามารถระบุความแตกต่างระหว่างโซลิตันทอพอโลยีและหลุมดำได้ราวกับว่าผู้สังเกตการณ์กำลังมองเห็นพวกมันบนท้องฟ้า” ผู้เขียนการศึกษาอธิบาย

ทฤษฎีสตริงเกี่ยวอะไรกับมัน?

ผู้เขียนการศึกษาใหม่ใช้ผลลัพธ์ที่หลากหลายจากทฤษฎีสตริง และในปี 2021 ได้ค้นพบวิธีสร้างโซลิตอนทอพอโลยีโดยใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์

ทฤษฎีสตริงเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์เชิงทฤษฎีศึกษาพลวัตของอันตรกิริยาของวัตถุไม่ใช่เป็นอนุภาคจุด แต่เป็นวัตถุขยายมิติเดียว ที่เรียกว่าสตริงควอนตัม ทฤษฎีนี้เป็นหนึ่งในความพยายามที่จะผสมผสานทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและฟิสิกส์ควอนตัมเข้าด้วยกัน

แรงโน้มถ่วงและโลกควอนตัมได้รับการพิจารณาในอดีตตรงกันข้าม กระบวนการที่แตกต่างกัน แต่ตามที่นักวิจัยกล่าวว่าสิ่งนี้ไม่เป็นความจริงทั้งหมด นักวิทยาศาสตร์พยายามสร้าง "ทฤษฎีของทุกสิ่ง" เพื่อรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพและโลกควอนตัมเข้าด้วยกัน ในกระบวนการนี้ นักฟิสิกส์ได้สร้างทฤษฎีที่แปลกประหลาดมากมายขึ้นมา หนึ่งในนั้นคือทฤษฎีสตริง

เหตุใดการศึกษาใหม่จึงมีความสำคัญ

ลักษณะเฉพาะของการศึกษาใหม่คือ:อธิบายทฤษฎีพื้นฐานเกี่ยวกับการทำงานภายในของจักรวาลที่ไม่มีอยู่ในแบบจำลองอื่น ใช้ทฤษฎีสตริงซึ่งประสานกลศาสตร์ควอนตัมกับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์

“นี่คือจุดเริ่มต้นของการวิจัยที่ยอดเยี่ยมโปรแกรม เราหวังว่าในอนาคตเราจะสามารถเสนอดาวฤกษ์ที่มีขนาดกะทัดรัดพิเศษประเภทใหม่ได้จริง ซึ่งประกอบไปด้วยสสารประเภทใหม่จากแรงโน้มถ่วงควอนตัม”

อ่านเพิ่มเติม:

ภาพถ่ายปรากฏภายในหลุมยุบใต้น้ำที่ลึกที่สุดเป็นอันดับสองของโลก

ดูว่าเกิดอะไรขึ้นกับดาวพุธเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด

นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบธรรมชาติของ "สัตว์ประหลาด" โบราณที่ลึกลับ

ภาพปก: Yukterez