волны - Blog Posts

Может ли рябь в пространстве-времени указывать на червоточины?

Такие туннели в ткани космоса могут появиться из-за необычных гравитационных волн.

  Проиллюстрированная здесь червоточина - это туннель в пространстве-времени, который соединяет разные части Вселенной. Ученые сообщают, что черная дыра, вращающаяся вокруг кротовой норы, будет излучать особую модель гравитационных волн - уникальную для кротовых нор.

Детекторы гравитационных волн уже обнаружили загадочные черные дыры. Но то, что они обнаруживают дальше, может быть еще более странным: червоточины.

Физики давно подозревали, что могут существовать червоточины. Если кротовые норы существуют, снаружи они могут казаться похожими на черные дыры. Но объект, который упадет в черную дыру, окажется внутри нее. Напротив, все, что попадает в червоточину, должно иметь возможность пройти прямо на другую сторону.

Сила, которую мы воспринимаем как гравитацию, на самом деле является результатом искривления пространства-времени.

  Это может быть трудно изобразить, поэтому подумайте вот о чем: планеты вращаются вокруг Солнца, потому что Солнце делает форму чаши в ткани космоса. (Планеты немного похожи на шарики, вращающиеся вокруг и вокруг этой чаши.) Черные дыры искривляют пространство-время в пропасти, настолько глубокие, что ничто не может уйти. Но пространство-время может также принимать другие причудливые формы, например туннели.

Эти туннели, или червоточины, будут предлагать короткий путь между двумя удаленными точками в пространстве и времени или между двумя разными вселенными.

Пространство-время может искривляться, но оно также может колебаться. Эта рябь называется гравитационными волнами.

 Ученые знают, как обнаружить эти небольшие толчки, когда две черные дыры кружатся вокруг друг друга и сталкиваются. Также могут быть узоры гравитационных волн, которых они еще не видели. Черная дыра, переходящая в кротовую нору, должна создавать в пространстве-времени странную рябь. А с помощью правильных инструментов некоторые обсерватории могли бы это уловить.

Таков вывод нового отчета от 17 июля на arXiv.org. Волны от пары черных дыр-червоточина будут мигать,

когда черная дыра проходит через червоточину, а затем снова выходит наружу.

Но настоящие ли они?

Безусловно, свидетельств существования червоточин пока нет.

«Это, конечно, спекулятивные предположения, с большой буквы», - говорит Уильям Габелла. Он физик из Университета Вандербильта в Нашвилле, штат Теннеси. Однако он добавляет, что если червоточины действительно существуют, у исследователей должна быть возможность их обнаружить. Для этого нужны только подходящие условия и детектор гравитационных волн.

Габелла - глава команды, которая задалась вопросом, как может выглядеть рябь от червоточины.

Эта команда рассмотрела черную дыру с массой в пять раз больше Солнца. Они представили его вращающимся вокруг червоточины на расстоянии 1,6 миллиарда световых лет от Земли. Они подсчитали, что по мере того, как черная дыра вращается вокруг червоточины, она должна начать закручиваться внутрь. Это высвободит гравитационные волны. Сначала это выглядело бы как гравитационные волны от двух черных дыр. Волновой рисунок, называемый чириканьем, со временем будет увеличиваться по частоте. Но когда он достигнет центра или «горла» червоточины, черная дыра пройдет сквозь нее.

Что такое волны и длины волн

Затем исследователи подумали, что произойдет, если черная дыра появится в далеком царстве. Например, он может появиться в другой вселенной. В этом случае гравитационные волны в первой вселенной внезапно прекратятся. Во второй вселенной черная дыра выстрелила бы наружу, прежде чем снова развернуться. Затем она прошла бы обратно через червоточину и снова в первую вселенную.

Когда черная дыра вернется, она сначала выйдет из червоточины по спирали. Это может вызвать «анти-чириканье» - картину гравитационных волн, противоположную чириканью, - прежде чем снова погрузиться в чириканье.

Со временем черная дыра продолжит прыгать между двумя вселенными. Это должно вызвать повторяющиеся всплески гравитационных волн. Между ними будут периоды молчания. Как только черная дыра потеряет достаточно энергии из-за этих гравитационных волн, ее путешествие закончится, когда она поселится в горле червоточины.

Все зависит от этих детекторов щебета

«Вы не можете воспроизвести этот [узор] с помощью двух черных дыр», - говорит Деян Стойкович. «Так что это явный сигнал червоточины». Физик из Университета Буффало в Нью-Йорке, Стойкович не участвовал в новом исследовании. В конце концов, говорит он, волны будут настолько необычными, что их узор «должен выступать [наружу], как больной палец».

Общая теория относительности описывает гравитацию как результат искривления пространства-времени. И эта теория предполагает, что червоточины возможны. Но на самом деле ее обнаружение означало бы, что существует также какой-то странный тип материи, который физики не понимают. Чтобы горло червоточины не разрушилось, какое-то вещество с отрицательной массой должно поддерживать его в открытом состоянии. Прямо сейчас ни один известный материал не может этого сделать.

Сейчас существует несколько детекторов гравитационных волн. Advanced LIGO состоит из двух американских детекторов. (Его аббревиатура расшифровывается как лазерная интерферометрическая обсерватория гравитационных волн.) Другой детектор в Италии известен как Advanced Virgo. И Advanced LIGO, и Advanced Virgo обнаруживают рябь от черных дыр или от плотных звездных трупов, известных как нейтронные звезды.

Ученые теперь умеют замечать такие слияния. Их подтвердили более десятка. Еще больше жду подтверждения. Но в какой-то момент физикам нужно будет сосредоточиться на более необычных возможностях, - говорит Витор Кардозу. Он физик в Instituto Superior Técnico в Лиссабоне, Португалия. Кардосо говорит: «Нам нужно искать странные, но волнующие сигналы».

когда черная дыра проходит через червоточину, а затем снова выходит наружу.

Но настоящие ли они?

Безусловно, свидетельств существования червоточин пока нет.

«Это, конечно, спекулятивные предположения, с большой буквы», - говорит Уильям Габелла. Он физик из Университета Вандербильта в Нашвилле, штат Теннеси. Однако он добавляет, что если червоточины действительно существуют, у исследователей должна быть возможность их обнаружить. Для этого нужны только подходящие условия и детектор гравитационных волн.

Габелла - глава команды, которая задалась вопросом, как может выглядеть рябь от червоточины.

Эта команда рассмотрела черную дыру с массой в пять раз больше Солнца. Они представили его вращающимся вокруг червоточины на расстоянии 1,6 миллиарда световых лет от Земли. Они подсчитали, что по мере того, как черная дыра вращается вокруг червоточины, она должна начать закручиваться внутрь. Это высвободит гравитационные волны. Сначала это выглядело бы как гравитационные волны от двух черных дыр. Волновой рисунок, называемый чириканьем, со временем будет увеличиваться по частоте. Но когда он достигнет центра или «горла» червоточины, черная дыра пройдет сквозь нее.

Что такое волны и длины волн

Затем исследователи подумали, что произойдет, если черная дыра появится в далеком царстве. Например, он может появиться в другой вселенной. В этом случае гравитационные волны в первой вселенной внезапно прекратятся. Во второй вселенной черная дыра выстрелила бы наружу, прежде чем снова развернуться. Затем она прошла бы обратно через червоточину и снова в первую вселенную.

Когда черная дыра вернется, она сначала выйдет из червоточины по спирали. Это может вызвать «анти-чириканье» - картину гравитационных волн, противоположную чириканью, - прежде чем снова погрузиться в чириканье.