Черные дыры могут быть не такими, как мы думаем: Эйнштейн мог ошибаться

Будущие изображения черных дыр могут быть достаточно точными, чтобы позволить ученым определить, точно ли эти объекты описывает общая теория относительности Альберта Эйнштейна. Возможно, для их описания нужно использовать альтернативные теории гравитации, считают ученые. Может оказаться, что Эйнштейн ошибался. Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy, пишет Space.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Что мы видим на первых прямых фотографиях черных дыр?

Настоящим прорывом в астрономии стали первые прямые изображения черных дыр, которые были получены относительно недавно. Черная дыра M87* стала первой сфотографированной напрямую черной дырой в 2019 году. Эта массивная черная дыра находится в центре галактики М87. В 2022 году астрономы впервые получил прямое изображение массивной черной дыры Стрелец A*, которая находится в центре Млечного Пути.

• Черные дыры представляют собой области пространства, где гравитация настолько огромная, что даже свет не может вырваться из черной дыры. Поэтому фотографии черных дыр на самом деле не показывают сами черные дыры. Вместо этого они показывают вращающуюся вокруг черных дыр горячую материю, которая постепенно падает в недра черной дыры. Фактически, на фотографиях M87* и Стрелец A* видны лишь тени черных дыр.

Авторы исследования считают, что изображения теней черных дыр могут быть настолько подробными, что потенциально смогут показать отклонения от общей теории относительности. То есть может оказаться, что черные дыры неправильно описаны этой теорией и больше соответствуют альтернативным теориям гравитации (общая теория относительности – это главное описание гравитации).

По словам ученых, они разработали способ сравнения изображений горячего газа вокруг черных дыр, предсказанных общей теорией относительности Эйнштейна, с изображениями, предсказанными на основе отклонений от общей теории относительности.

• Ключевой результат заключается в том, что, хотя многие альтернативные теории описывают черные дыры похожими на "стандартные" черные дыры, но по мере повышения качества изображений можно увидеть, что черные дыры на самом деле не соответствуют описанию общей теории относительности.

Черные дыры в теории относительности Эйнштейна

В 1915 году Альберт Эйнштейн сформулировал свою теорию гравитации, наиболее известную как общая теория относительности. До этого момента наилучшим описанием гравитации было описание Исаака Ньютона.

В отличие от Ньютона, Эйнштейн предположил, что объекты с массой искривляют ткань пространства и времени, объединяя их в единую ткань – пространство-время. Гравитация возникает в результате этого искривления. Чем больше масса объекта, тем сильнее искривление пространства-времени, и тем сильнее гравитация.

Концепция черных дыр возникла в 1916 году, когда астрофизик Карл Шварцшильд разработал решение уравнений, лежащих в основе общей теории относительности.

• Это решение показало, что общая теория относительности предсказывает, что в бесконечно малой области пространства-времени, где масса становится бесконечно плотной, законы физики нарушаются. Этой областью является сингулярность в центре черной дыры.
• Это решение также показало, что вокруг сингулярности должна существовать граница, внутри которой скорость выхода из этой области пространства превышает скорость света. Эта граница теперь как горизонт событий. Преодолев горизонт событий ни свет, ни материя, не могут выйти обратно.

Эйнштейн мог ошибаться при описании черных дыр

Но ученые считают, что общая теория относительности может неправильно описывать черные дыры. Альтернативные теории предполагают отсутствие сингулярности в черной дыре, где нарушаются законы физики, согласно теории относительности. С другой стороны, альтернативные теории часто предполагают существование материи с совершенно особыми свойствами или даже с другими нарушениями законов физики.

• Все эти теории для описания черных дыр являются более сложными, чем предполагал Эйнштейн, но черные дыры могут быть такими, пока не доказано обратное, говорят ученые. Поэтому будущие изображения черных дыр помогут понять прав был Эйнштейн, или ошибался.

Фокус уже писал о том, где находится ближайшая к Земле черная дыра и какая черная дыра является самой большой среди известных.

Также Фокус писал о том, что у красного гиганта обнаружен опасный сосед. Исследование поможет лучше понять, что произойдет с нашей планетой и другими планетами Солнечной системы, когда Солнце превратится в красного гиганта.