Хоча загадковий об'єкт нового типу — це, поки що, гіпотетична математична конструкція, нові симуляції,
З чого все почалося?
Нового дослідження не було б без гравітаційниххвиль. Це зміни гравітаційного поля, що поширюються подібно до хвиль. Випромінюються рухомими масами, але після випромінювання відриваються від них і існують незалежно від цих мас. Математично пов'язані з обуренням метрики простору-часу і можуть бути описані як «брижі простору-часу». Іншими словами, це коливання простору-часу, що віддаляється від масивних об'єктів, що рухаються з прискоренням. Чим вище прискорення та маса об'єкта, тим більше коливання.
Вперше про гравітаційні хвилі заговоривВидатний фізик Альберт Ейнштейн, який сторіччя тому передбачив їхнє існування в рамках загальної теорії відносності (ОТО). Проте їх виявили лише у 2015 році і це вразило світ астрофізики, оскільки підтвердило існування чорних дірок.
Чорна діра концепції. Фото: Alain r
Чорна діра - це область простору-часу,що володіє настільки сильним гравітаційним тяжінням, що ніякі частки або електромагнітне випромінювання не можуть залишити її. Кордон цієї області називається горизонтом подій. Навесні 2019-го ЗМІ у всьому світі показали першу фотографію чорної дірки (точніше, її «силуету»). Прес-конференцію, де було представлено результати наукового відкриття, провели одразу у шести містах — від Вашингтона до Брюсселя та Токіо.
А що, якщо?
Натхненна цими відкриттями команда вченихУніверситету Джона Хопкінса вирішила вивчити можливість існування інших об'єктів, які можуть, теоретично, справляють аналогічні гравітаційні ефекти, але датчики на Землі зчитують їх як чорні дірки. Такі об'єкти фізики назвали топологічними солітонами. Нові симуляції реалістично зображують одне із них. Здалеку він виглядає як розмита фотографія чорної дірки, але поблизу — зовсім інакше.
Що таке солітон?
На цьому етапі об'єкт є гіпотетичним. Але той факт, що команда побудувала його за допомогою математичних рівнянь і показала, як він виглядає за допомогою моделювання, припускає, що в космосі можуть бути інші типи небесних тіл, що ховаються навіть від кращих телескопів на Землі.
Згідно з отриманими даними, топологічнийсолітон спотворює простір так само, як чорна дірка, але поводиться не так. Він випускає слабкі світлові промені, які можуть уникнути сильної гравітаційної сили справжньої дірки.
Відеокліп, що показує ефекти гравітаційного лінзування, викликані відсутністю об'єкта на лінії огляду спостерігача, чорною діркою та топологічним солітоном.
Надано: П'єр Хайдманн / Університет Джона Хопкінса
«Світло сильно викривлене, але замість того, щобпоглинатися, як у чорній дірі, він розсіюється химерними рухами, поки в якийсь момент не повертається до вас в хаотичному порядку. Ви не бачите темної плями. Ви бачите лише “розмиття”, а отже, світло шалено обертається навколо цього дивного об'єкта»,— пишуть автори дослідження.
Гравітаційне поле чорної дірки настількисильне, що світло може обертатися навколо неї на певній відстані від центру, так само, як Земля навколо Сонця. Воно визначає край «тіні» ЧД, так що будь-яке падаюче світло опиниться в «горизонті подій» і не може вислизнути.
Що зробили вчені?
Фізики з Хопкінса змоделювали кількасценаріїв, використовуючи зображення космічного простору, як якщо вони були зняті камерою, помістивши перед об'єктивом чорну дірку і топологічний солітон. У результаті вони отримали спотворені зображення через гравітаційний вплив масивних тіл.
Солітони служать найкращими моделями того, як можутьвиглядати нові об'єкти квантової гравітації в порівнянні з чорними дірками. Раніше вони створили моделі бозонних зірок, гравазірок та інших гіпотетичних об'єктів, які могли б надавати аналогічні гравітаційні ефекти з екзотичними формами матерії.
Концепція чорної діри: Creazilla
«Це перше моделювання астрофізично значимихоб'єктів теорії струн, оскільки ми можемо охарактеризувати відмінності між топологічним солітоном і чорною діркою так, як якщо б спостерігач бачив їх у небі», пояснюють автори дослідження.
А до чого тут теорія струн?
Автори нового дослідження використовували різні результати теорії струн і в 2021 році відкрили способи побудови топологічних солітонів з використанням загальної теорії відносності Ейнштейна.
Теорія струн - напрям теоретичної фізики,вивчає динаміку взаємодії об'єктів не як точкових частинок, бо як одномірних протяжних об'єктів, про квантових струн. Ця теорія — одна із спроб поєднати Загальну теорію відносності та квантову фізику.
Гравітація та квантовий світ історично вважаютьсяпротилежними, різними процесами. Але, на думку дослідників, це зовсім так. вчені намагалися створити «теорію всього» - об'єднати відносність і квантовий світ. У процесі фізики створили багато дуже незвичайних теорій, одна з них — теорія струн.
Чому нове дослідження таке важливе?
Особливість нового дослідження якраз у цьому:воно пояснює основні теорії внутрішнього устрою Всесвіту, яких немає в інших моделях. У ньому використовується теорія струн, яка узгоджує квантову механіку та теорію гравітації Ейнштейна.
«Це початок чудової дослідницькоїпрограми. Ми сподіваємося, що в майбутньому зможемо дійсно запропонувати нові типи ультракомпактних зірок, що складаються з нових видів матерії з квантової гравітації».
Читати далі:
З'явилося фото всередині другої найглибшої підводної вирви у світі
Подивіться, що сталося з Меркурієм, коли він максимально наблизився до Сонця
Вчені з'ясували природу таємничого стародавнього «монстра»
Фото на обкладинці: Yukterez