Учені вирішили давню загадку чорних дір: відкриття може привести до нової фізики, що відомо

Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише Space.

Чорна діра: що це

Чорними дірами називають сферичні об'єкти різного розміру, які мають величезну масу і найсильнішу гравітацію. Чорні діри не випускають світло, а тому їх можна виявити лише за допомогою світла, яке виділяє оточуюча їх матерія, яка з часом падає всередину чорної діри. Усе, що перетинає невидиму межу, відому, як горизонт подій, ніколи не виходить назад із чорної діри, навіть світло.

Чорні діри виникають унаслідок колапсу зірок, які набагато більші за Сонце і померли внаслідок вибуху наднової. Так з'являються чорні діри зоряної маси. Але маса чорних дір може бути в сотні, тисячі, мільйони і навіть мільярди разів більшою, ніж Сонця. Найбільші чорні діри називаються надмасивними і знаходяться вони в центрах великих галактик. Одна з головних теорій їхнього походження свідчить, що вони з'явилися внаслідок злиття чорних дір меншого розміру.

Тривалий час найбільшою чорною дірою вважалася TON 618, маса якої в 66 млрд разів більша за масу Сонця. Ця чорна діра розташована на відстані понад 10 млрд світлових років від нас.

Але торік було виявлено чорну діру Фенікс A*, яка розташована на відстані 8,5 млрд світлових років від нас. Її маса в 100 млрд разів більша, ніж Сонця.

Гравітаційні хвилі чорних дір

Чорні діри можуть стикатися і об'єднуватися в більші об'єкти. Коли це відбувається, що виділяються гравітаційні хвилі, тобто своєрідні пульсації в тканині простору-часу. Вважається, що багато дуже масивних об'єктів під час зіткнення виділяють гравітаційні хвилі.

Астрономи покладаються на теоретичні моделі для розшифровки слабких сигналів гравітаційних хвиль, що виникли як в останні моменти, що передують злиттю чорних дір, так і після нього.

Теоретично, коли утворюється нова величезна чорна діра, вона стає стабільною і починає обертатися, то має виникати характерний візерунок гравітаційних хвиль. Його називають квазінормальними модами (КНМ). Вони формуються властивостями чорної діри, такими як її маса та обертання.

Давня загадка чорних дір

Вважалося, що ці моди гравітаційних хвиль матимуть передбачуваний візерунок, при цьому кожна мода поступово згасає з часом. Але 1997 року фізики-теоретики виявили загадковий виняток: одна конкретна мода виявилася не синхронною. Цю невідповідність не можна було пояснити наявними моделями чорних дір.

Ця аномалія підвищила ймовірність того, що КНМ не розвиваються незалежно один від одного, а замість цього взаємодіють складними способами. Це означає, що внутрішня структура чорних дір і гравітаційні хвилі, які вони випускають, можуть бути набагато складнішими, ніж вважалося раніше.

Розгадка секрету чорних дір

Тепер же автори нового дослідження вирішили загадку чорних дір. Аналізуючи поведінку кількох КНМ вчені виявили, що початковий дисонанс гравітаційних хвиль чорних дір був не космічним збоєм, а результатом взаємодії двох мод одна з одною. Цей вид взаємодії регулярно відбувається в багатьох модах, що передбачає, що це може бути фундаментальною особливістю фізики чорних дір.

Оскільки сигнали гравітаційних хвиль формуються геометрією простору-часу чорної діри, аналіз взаємодій між модами може призвести до точнішого визначення природи самих чорних дір, вважають фізики.

Наприклад, відхилення в частотах гравітаційних хвиль можуть вказувати на асиметрію у формі чорної діри. Ці відхилення, які, як вважають вчені, з часом зникають, залишають тимчасовий відбиток на квантових нових частинках, і допомогти виявити ознаки нової фізики.

Як уже писав Фокус, Місяць постійно створює свої маленькі копії, і вони обертаються навколо Землі. Хоча у Землі є тільки один природний супутник, тобто Місяць, навколо нашої планети час від часу починають обертатися і невеликі тимчасові супутники. Вчені вважають, що їх створив Місяць і пояснюють, як це могло статися.