Самый загадочный способ образования черных дыр: при чем здесь кристаллы пространства-времени

Традиционная астрофизика учит нас, что черные дыры рождаются в результате взрывов массивных звезд (сверхновых). Однако новое исследование доказывает, что по крайней мере часть черных дыр могла появиться при более «спокойных» условиях — в складках необычных «кристаллов пространства-времени».

О математическом прорыве, который может изменить наше понимание эволюции Вселенной, пишет Gizmodo.

От теории к формуле

Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, гравитация — это искривление пространства-времени. Этот эффект хорошо заметен на примере сверхмассивных объектов (например, явление гравитационного линзирования). Однако, как отмечает Кристиан Эккер, ведущий автор исследования и физик-теоретик из Университета Гете в Германии, «меньшие массы также создают искривление пространства-времени, просто в меньшей степени».

В физике даже малейшие сдвиги могут спровоцировать глобальные перемены. Еще в 1993 году симуляции канадского физика Мэтью Чоптуика показали, что при определенных условиях кривизна пространства-времени может самоорганизоваться в повторяющийся четкий шаблон — своеобразный кристалл.

До сих пор ученые не могли математически описать процесс коллапса этого кристалла. Теперь команде теоретиков удалось найти аналитическое решение.

«В зависимости от желаемой точности мы можем систематически совершенствовать наши формулы с помощью дополнительных методов аппроксимации», — объяснил соавтор исследования, физик-теоретик Флориан Эккер из Венского технического университета.

Что такое критический коллапс?

Процесс, во время которого пространство организуется в кристаллическую структуру, называется критическим коллапсом. Ученые считают, что такие состояния существовали в ранней Вселенной сразу после Большого взрыва.

Соавтор исследования Даниэль Грумиллер называет этот пространственно-временный кристалл «крайне специфическим и увлекательным объектом». Это нестабильная точка баланса, имеющая два пути развития:

1. Кристалл может просто раствориться, не оставив следа.

2. Но самая маленькая добавленная «капля» энергии способна мгновенно запустить формирование черной дыры.

Эта гипотеза коренным образом отличается от привычных моделей взрывов сверхновых. Она объясняет, как в ранней Вселенной могли образовываться так называемые первобытные черные дыры относительно малого размера.

Развитие теории коллапса кристалла

Хотя новая формула обеспечивает математический контроль над гипотезой Чоптуика, исследователи отмечают, что их работа остается в плоскости теоретической многомерной физики. Следующим шагом для ученых станет адаптация этих расчетов к меньшему количеству измерений, чтобы они точнее отражали физическую реальность наблюдаемой Вселенной.

Если астрофизикам удастся подтвердить эту концепцию эмпирическими наблюдениями, то это станет грандиозным прорывом в астрономии черных дыр, окончательно доказав, что самые загадочные объекты космоса могут формироваться без звездных катаклизмов.

Напомним, ученые обнаружили черную дыру, которая «воскресла» через 100 миллионов лет «сна». Анализ радиоизлучения показал, что черная дыра когда-то выбрасывала гигантские струи плазмы на сотни тысяч световых лет в космос, прежде чем внезапно затихнуть в далеком прошлом.