Чорні діри можуть бути не такими, як ми думаємо: Ейнштейн міг помилятися

Майбутні зображення чорних дір можуть бути досить точними, щоб дати змогу вченим визначити, чи точно ці об'єкти описує загальна теорія відносності Альберта Ейнштейна. Можливо, для їхнього опису потрібно використовувати альтернативні теорії гравітації, вважають учені. Може виявитися, що Ейнштейн помилявся. Дослідження опубліковано в журналі Nature Astronomy, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Що ми бачимо на перших прямих фотографіях чорних дір?

Справжнім проривом в астрономії стали перші прямі зображення чорних дір, які були отримані відносно недавно. Чорна діра M87* стала першою сфотографованою безпосередньо чорною дірою в 2019 році. Ця масивна чорна діра розташована в центрі галактики М87. У 2022 році астрономи вперше отримали пряме зображення масивної чорної діри Стрілець A*, яка розташована в центрі Чумацького Шляху.

• Чорні діри являють собою області простору, де гравітація настільки величезна, що навіть світло не може вирватися з чорної діри. Тому фотографії чорних дір насправді не показують самі чорні діри. Замість цього вони показують гарячу матерію, що обертається навколо чорних дір, яка поступово падає в надра чорної діри. Фактично, на фотографіях M87* і Стрілець A* видно лише тіні чорних дір.

Автори дослідження вважають, що зображення тіней чорних дір можуть бути настільки детальними, що потенційно зможуть показати відхилення від загальної теорії відносності. Тобто може виявитися, що чорні діри неправильно описані цією теорією і більше відповідають альтернативним теоріям гравітації (загальна теорія відносності — це головний опис гравітації).

За словами вчених, вони розробили спосіб порівняння зображень гарячого газу навколо чорних дір, передбачених загальною теорією відносності Ейнштейна, із зображеннями, передбаченими на основі відхилень від загальної теорії відносності.

• Ключовий результат полягає в тому, що, хоча багато альтернативних теорій описують чорні діри схожими на "стандартні" чорні діри, але в міру підвищення якості зображень можна побачити, що чорні діри насправді не відповідають опису загальної теорії відносності.

Чорні діри в теорії відносності Ейнштейна

У 1915 році Альберт Ейнштейн сформулював свою теорію гравітації, найбільш відому як загальна теорія відносності. До цього моменту найкращим описом гравітації був опис Ісаака Ньютона.

На відміну від Ньютона, Ейнштейн припустив, що об'єкти з масою викривляють тканину простору і часу, об'єднуючи їх у єдину тканину — простір-час. Гравітація виникає внаслідок цього викривлення. Що більша маса об'єкта, то сильніше викривлення простору-часу, і тим сильніша гравітація.

Концепція чорних дір виникла 1916 року, коли астрофізик Карл Шварцшильд розробив розв'язання рівнянь, що лежать в основі загальної теорії відносності.

• Це рішення показало, що загальна теорія відносності передбачає, що в нескінченно малій області простору-часу, де маса стає нескінченно щільною, закони фізики порушуються. Цією областю є сингулярність у центрі чорної діри.
• Це рішення також показало, що навколо сингулярності має існувати межа, усередині якої швидкість виходу з цієї області простору перевищує швидкість світла. Ця межа тепер як горизонт подій. Подолавши горизонт подій ні світло, ні матерія, не можуть вийти назад.

Ейнштейн міг помилятися під час опису чорних дір

Але вчені вважають, що загальна теорія відносності може неправильно описувати чорні діри. Альтернативні теорії припускають відсутність сингулярності в чорній дірі, де порушуються закони фізики, згідно з теорією відносності. З іншого боку, альтернативні теорії часто припускають існування матерії з абсолютно особливими властивостями або навіть з іншими порушеннями законів фізики.

• Усі ці теорії для опису чорних дір є складнішими, ніж припускав Ейнштейн, але чорні діри можуть бути такими, доки не доведено протилежне, кажуть учені. Тож майбутні зображення чорних дір допоможуть зрозуміти чи мав рацію Ейнштейн, чи помилявся.

Фокус уже писав про те, де розташована найближча до Землі чорна діра і яка чорна діра є найбільшою серед відомих.

Також Фокус писав про те, що у червоного гіганта виявлено небезпечного сусіда. Дослідження допоможе краще зрозуміти, що станеться з нашою планетою та іншими планетами Сонячної системи, коли Сонце перетвориться на червоного гіганта.