Розроблена нова теорія, яка об’єднує в єдине ціле чорні діри, темну матерію і гравітаційні хвилі

размещено в: Новости | 0
Розроблена нова теорія, яка об’єднує в єдине ціле чорні діри, темну матерію і гравітаційні хвилі
0 голосов, 0.00 общий. рейтинг (0% сумма)

За минулі кілька років у фізиці було зроблено чимало важливих наукових відкриттів.

У 2012 році фізики Європейської організації ядерних досліджень CERN виявили бозон Хіггса, пошуки якого велися протягом 50 років, в минулому році вперше були зареєстровані гравітаційні хвилі, існування яких було обґрунтовано з теоретичної точки зору більш 100 років тому. А в цьому році вчені націлилися на одержання першого прямого знімок чорної діри.

І група вчених з теоретичної фізики спробувала об’єднати в рамках нової божевільною теорії всі самі останні ідеї, знання і припущення. А звучить все це наступним чином – темна матерія, випромінювана чорними дірами за допомогою гравітаційних хвиль.

Після того, як вчені експерименту LIGO виявили гравітаційні хвилі, коливання просторово-тимчасового континууму, породжені самими високоенергетичними подіями у Всесвіті, вони задумалися про природу їх походження. І, згідно нової теорії, джерелом гравітаційних хвиль є частинки, з яких може складатися темна матерія, на частку якої припадає понад 80 відсотків від загальної кількості матерії у Всесвіті.

“Зараз ми будемо намагатися використовувати чорні діри, самі щільні і компактні об’єкти у Всесвіті, для пошуків частинок нового виду” – розповідає Маша Барияхтар (Masha Baryakhtar), вчений з Інституту теоретичної фізики (Perimeter Institute for Theoretical Physics), Канада, – “А особливо нас цікавить одна частинка – аксіон, яку ми шукали протягом останніх 40 років і яка є одним з головних кандидатів на звання частинки темної матерії”.

Як відомо, чорні діри є свого роду гравітаційними колодязями, настільки сильними, що ні матерія і ні електромагнітне випромінювання, включаючи світло, не можуть вирватися з пастки, пройшовши кордон так званого горизонту подій. У процесах, що відбуваються у безпосередній близькості від чорних дір, беруть участь величезні кількості енергії, яка є джерелом виникнення гравітаційних хвиль.

Але з погляду нової теорії, чорні діри є чимось більшим, ніж простими гравітаційними колодязями. Вони є свого роду ядрами величезних “гравітаційних атомів”, а роль електронів в цьому випадку грають аксіони, частинки, маса яких менша від маси електрона у мільярд мільярдів разів. Наявність навколо чорної ореолу зі звичайної матерії, розігрітій до надвисоких температур, не відіграє ніякої ролі у цих процесах, адже аксіони не взаємодіють зі звичайною матерією ні через сили тертя, ні через електромагнетизм.

Обертання чорної діри, розташованої в центрі гравітаційного “атома”, призводить до спотворення прилеглого до неї простору, що в свою чергу, призводить до виникнення великої кількості аксионов. В результаті цього ефекту, що отримав назву суперсвечения, в околицях чорної діри може виникнути до 10^80 аксионов, що можна порівняти з кількістю звичайних атомів у Всесвіті.

Аксіони, що обертаються навколо чорної діри, подібно електронам в атомі, можуть переходити на більш високий або більш низький енергетичний рівень, поглинаючи енергію чорної діри або втрачаючи свою власну енергію. Так як аксіони мають гравітаційну природу, то і віддається ними енергія виділяється у вигляді гравітаційних хвиль. Гравітаційні хвилі, породжені коливаннями величезної кількості аксионов, мають не дуже велику амплітуду, зате вони мають дуже чітку частоту, подібну спектральних ліній хімічних елементів, знайомим нам по шкільному курсу хімії.

На жаль, нинішні гравітаційні датчики, LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) і Virgo, ще не в стані реєструвати гравітаційні хвилі, породжувані аксионами біля чорних дір. Однак, ці інструменти піддаються постійній модернізації та через деякий час їх чутливості стане достатньо для виявлення слабких гравітаційних хвиль, які стануть доказом факту існування аксионов. При цьому, вчені, як і раніше, будуть приділяти велику увагу випадків зіткнень чорних дір. Під час таких зіткнень ефект суперсвечения посилюється багаторазово і його можна навіть зареєструвати за допомогою вже наявних інструментів у вигляді певного образу в зібраних даних.

Однак, у новій теорії, як і в будь-якій іншій теорії, є декілька “дірок”. Згідно з даними теоретичних розрахунків, гравітаційні “атоми” з чорними дірами, здатні виробляти аксіони тільки з певним значенням маси-енергії, яка не відповідає масі аксионов, що є кандидатами на частинки темної матерії. Другим “вузьким місцем” нової теорії є те, що вона не бере до уваги потенційний вплив один на одного чорних дір незадовго до моменту зіткнення, а це вплив, з погляду деяких учених, робить досить сильний вплив на події, що відбуваються перед і під час зіткнення процеси.

Закрити ці “дірки” в теорії допоможуть тільки безпосередні спостереження за реальними подіями. “Чутливість існуючих гравітаційних інструментів тільки починає наближатися до межі необхідного для цього діапазону” – розповідає Маша Барияхтар, – “І незабаром ми зможемо почати реєструвати перші сигнали, які будуть складатися з однієї або кількох тисяч переплетених один на одного певним чином “аксионных гравітаційних” сигналів, які є свого роду звуком гула, видаваного гравітаційним атомом чорної діри”.

“Завдяки появі нових інструментів типу LIGO ми тільки починаємо заглиблюватися в зовсім нові галузі фізики” – розповідає Прескод-Вайнштейн (Prescod-Weinstein), – “І за наступні 10 років нас очікує низка гучних і важливих відкриттів в цих нових галузях, які зможуть стати підтвердженням або спростуванням нашої нової теорії”.

Оставить ответ