Черные дыры, эти гравитационные монстры, названные так потому, что ни один свет не может вырваться из их лап, на сегодняшний день являются самыми загадочными объектами во Вселенной.

Но новая теория предполагает, что черные дыры вовсе не могут быть черными. Согласно новому исследованию, эти черные дыры могут быть темными звездами, в основе которых лежит экзотическая физика. Эта таинственная новая физика может заставить эти темные звезды испускать излучение странного типа; это излучение, в свою очередь, могло объяснить всю загадочную темную материю во Вселенной, которая тянет за собой все, но не излучает света.

Темные звезды

Благодаря общей теории относительности Эйнштейна, которая описывает, как материя искажает пространство-время, мы знаем, что некоторые массивные звезды могут схлопнуться до такой степени, что они просто продолжают коллапсировать, сжимаясь в бесконечно крошечную точку - сингулярность.

Как только сингулярность формируется, она окружает себя горизонтом событий. Это самая лучшая улица с односторонним движением во Вселенной. На горизонте событий гравитационное притяжение черной дыры настолько велико, что для того, чтобы уйти, вам пришлось бы двигаться быстрее света. Поскольку путешествие со скоростью выше скорости света категорически запрещено, все, что пересекает порог, обречено на вечность.

Следовательно, черная дыра.

Эти простые, но удивительные утверждения выдержали десятилетия наблюдений. Астрономы наблюдали, как атмосфера звезды втягивается в черную дыру. Они видели, как звезды вращаются вокруг черных дыр. Физики на Земле слышали гравитационные волны, излучаемые при столкновении черных дыр. Мы даже сделали снимок «тени» черной дыры - дыры, которую она вырезает из свечения окружающего газа.

И все же загадки остаются в самом сердце науки о черных дырах. Само свойство, которое определяет черную дыру - сингулярность - кажется физически невозможным, потому что материя не может на самом деле схлопнуться до бесконечно крошечной точки.

Двигатели Планка

Это означает, что текущее понимание черных дыр в конечном итоге необходимо будет обновить или заменить чем-то еще, что может объяснить, что находится в центре черной дыры.

Но это не останавливает физиков.

Одна из теорий сингулярностей черных дыр заменяет эти бесконечно крошечные точки бесконечно сжатой материи чем-то гораздо более приятным: невероятно крошечной точкой невероятно сжатой материи. Это называется ядром Планка, потому что эта идея предполагает, что материя внутри черной дыры сжимается до наименьшего возможного масштаба, планковской длины, которая составляет 1,6 * 10 минус 35 метров.

Это… мало.

С ядром Планка, которое не было бы сингулярностью, у черной дыры больше не было бы горизонта событий - не было бы места, где гравитационное притяжение превышало бы скорость света. Но для сторонних наблюдателей гравитационное притяжение будет настолько сильным, что будет выглядеть и действовать как горизонт событий. Только чрезвычайно чувствительные наблюдения, для которых у нас еще нет технологии, смогут увидеть разницу.

Темная материя

Радикальные проблемы требуют радикальных решений, и поэтому замена «сингулярности» на «ядро Планка» не так уж и надуманна, даже если теория представляет собой лишь слабый набросок наброска, без физики или математики, чтобы уверенно описать такая среда. Другими словами, ядра Planck - это физический эквивалент идей плевка.

Это полезно, потому что особенности требуют серьезного нестандартного мышления. И могут быть некоторые дополнительные побочные эффекты. Как, например, объяснение тайны темной материи.

Темная материя составляет 85% массы Вселенной, но никогда не взаимодействует со светом. Мы можем определить его существование только по его гравитационному воздействию на нормальную светящуюся материю. Например, мы можем наблюдать, как звезды вращаются вокруг центров галактик, и использовать их орбитальные скорости для вычисления общего количества массы в этих галактиках.

В новой статье, представленной 15 февраля в базу данных препринтов, физик Игорь Никитин из Института научных алгоритмов и вычислений им. Фраунгофера в Германии берет идею «радикальной сингулярности» и поднимает ее на ступеньку выше. Согласно статье, ядра Планка могут испускать частицы (из-за отсутствия горизонта событий эти черные дыры не полностью черные). Эти частицы могут быть знакомыми или чем-то новым.

Возможно, это была бы какая-то форма частиц, которая могла бы объяснить темную материю. Если черные дыры действительно являются звездами Планка, писал Никитин, и они постоянно испускают поток темной материи, они могли бы объяснить движение звезд внутри галактик.

его идея, вероятно, не выдержит дальнейшего изучения (доказательств существования темной материи гораздо больше, чем просто ее влияние на движение звезд). Но это отличный пример того, как нам нужно придумать как можно больше идей для объяснения черных дыр, потому что мы никогда не знаем, какие связи могут быть с другими нерешенными загадками во Вселенной.

Первоначально опубликовано на Live Science.

Черные дыры могут быть темными звездами с планковскими сердцами