Что происходит в центре черной дыры?
Пол М. Саттер астрофизик в SUNY Стоуни Брук и Институт Флэтайрон, ведущий Спросите космонавта а также Космическое радио, и автор Как умереть в космосе. Саттер опубликовал эту статью для журнала Expert Voices: Op-Ed & Insights на Space.com.
Особенность в центре черная дыра это абсолютная нейтральная зона: место, где материя сжата до бесконечно крошечной точки, и все концепции времени и пространства полностью рушатся. И этого на самом деле не существует. Что-то должно заменить сингулярность, но мы не совсем уверены, что именно.
Давайте исследуем некоторые возможности.
Звезды Планка
Может случиться так, что глубоко внутри черной дыры материя не сплющивается до бесконечно крошечной точки. Вместо этого могла быть наименьшая возможная конфигурация материи, наименьший возможный карман объема.
Это называется Звезда Планка, и это теоретическая возможность, предусмотренная петлевой квантовой гравитацией, которая сама по себе является весьма гипотетическим предложением для создания квантовой версии гравитации. В мире петлевой квантовой гравитации пространство и время квантуются — Вселенная вокруг нас состоит из крошечных дискретных частей, но в таком невероятно крошечном масштабе, что наши движения кажутся плавными и непрерывными.
Эта теоретическая фрагментарность пространства-времени дает два преимущества. Во-первых, нужна мечта квантовая механика к своему окончательному заключению, объясняя гравитацию естественным образом. Во-вторых, это делает невозможным образование сингулярностей внутри черных дыр.
Когда материя сжимается под огромным гравитационным весом коллапсирующей звезды, она встречает сопротивление. Дискретность пространства-времени не позволяет материи достичь чего-либо меньшего, чем планковская длина (примерно 1,68 умножить на 10 ^ -35 метров, так что … мало). Весь материал, который когда-либо попадал в черную дыру, сжимается в шар не намного больше этого. Совершенно микроскопический, но определенно не бесконечно маленький.
Это сопротивление продолжающемуся сжатию в конечном итоге заставляет материал не схлопнуться (то есть взорваться), делая черные дыры лишь временными объектами. Но из-за эффекты экстремального замедления времени вокруг черных дыр, с нашей точки зрения, во внешней вселенной требуются миллиарды, даже триллионы лет, прежде чем они начнут бум. Итак, на данный момент все готово.
Еще одна попытка искоренить сингулярность — та, которая не опирается на непроверенные теории квантовой гравитации — известна как gravastar. Это настолько теоретическая концепция, что моя программа проверки орфографии даже не распознала это слово.
Разница между черной дырой и гравастаром в том, что вместо сингулярности гравастар заполнен темная энергия. Темная энергия — это вещество, которое пронизывает пространство-время, заставляя его расширяться наружу. Это звучит как научная фантастика, но это реально: темная энергия в настоящее время действует в большом космосе, заставляя всю нашу вселенную ускоряться в своем расширении.
Когда материя падает на гравастар, она не может фактически проникнуть за горизонт событий (из-за всей этой темной энергии внутри) и, следовательно, просто висит на поверхности. Но за пределами этой поверхности гравастары выглядят и действуют как обычные черные дыры.
Однако недавние наблюдения слияния черных дыр с детекторами гравитационных волн потенциально исключили существование гравазвезд, потому что слияние гравазвезд будет давать другой сигнал, чем слияние черных дыр, и такие устройства, как LIGO ( Лазерный интерферометр Гравитационно-волновая обсерватория) и Девы с каждым днем получают все больше и больше примеров. Хотя гравастары не являются чем-то запретным для нашей вселенной, они определенно находятся на тонком льду.
Вселенная: Большой взрыв: 10 простых шагов
Пойдем на спину
Звезды Планка и гравазвезды могут иметь удивительные имена, но реальность их существования вызывает сомнения. Так что, возможно, есть более приземленное объяснение сингулярностей, основанное на более тонком и реалистичном представлении о черных дырах в наша вселенная.
Идея единой точки бесконечной плотности исходит из нашей концепции неподвижных, невращающихся, незаряженных, довольно скучных черных дыр. Настоящие черные дыры — гораздо более интересные персонажи, особенно когда они вращаются.
Спин вращающейся черной дыры вытягивает сингулярность в кольцо. И согласно математике Общая теория относительности Эйнштейна (это единственная математика, которая у нас есть), как только вы проходите через сингулярность кольца, вы входите в червоточину и вылезаете через белую дыру (полярная противоположность черной дыры, куда ничего не может войти, а материя устремляется наружу в скорость света) в совершенно новый и захватывающий уголок вселенной.
Одна проблема: внутренности вращающихся черных дыр катастрофически нестабильны. И это согласно той же математике, которая приводит к предсказанию материала о путешествиях в новую вселенную.
Проблема с вращающимися черными дырами в том, что … ну, они вращаются. Сингулярность, растянутая в кольцо, вращается с такой фантастической скоростью, что обладает невероятной центробежной силой. А в общей теории относительности достаточно сильные центробежные силы действуют как антигравитация: они толкают, а не тянут.
Это создает границу внутри черной дыры, называемую внутренним горизонтом. За пределами этой области излучение падает внутрь к сингулярности, вызванное сильнейшим гравитационным притяжением. Но излучение выталкивается антигравитацией вблизи кольцевой сингулярности, и поворотной точкой является внутренний горизонт. Если бы вам пришлось столкнуться с внутренним горизонтом, вы бы столкнулись со стеной бесконечно мощного излучения — всей прошлой истории Вселенной, которая ударила вам в лицо менее чем за мгновение ока.
Формирование внутреннего горизонта сеет семена разрушения черной дыры. Но вращающиеся черные дыры, безусловно, существуют в нашей Вселенной, так что это говорит нам о том, что наша математика неверна и происходит что-то странное.
Что на самом деле происходит внутри черной дыры? Мы не знаем — и самое страшное в том, что мы никогда не узнаем.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
Похожие статьи
ДРУГИЕ НОВОСТИ
