Nowa teoria fizyki sugeruje, że czarne dziury są kluczem do cykli rozszerzania się i kurczenia wszechświata

Wszechświat się rozszerza. Nikt z doświadczeniem w astronomii lub fizyce nie zgadza się z tym faktem.

Podobnie nikt tak naprawdę nie zaprzecza, że ​​w pewnym momencie, miliardy lat w przyszłość, wszechświat się rozszerzy dotychczas– Zabraknie energii na dalszą rozbudowę. W tym momencie coś musi się zmienić. Tu zaczyna się kontrowersja.

W tym kosmologicznym argumencie pojawiły się nowe zmarszczki i jest on zagmatwany. według Nowe badanie Według kosmologów Danieli Péreza i Gustavo Romero, obaj z Argentyńskiego Instytutu Rentgena, wszechświat wielokrotnie się rozszerzał i kurczył, a duże czarne dziury to jedne z niewielu rzeczy, które przetrwały te niekończące się cykle destrukcji i odnowy. Te cykle są częścią tego, co kosmologowie nazywają potencjalnym „kosmicznym odbiciem”.

Matematyczny model teoretycznej czarnej dziury jest przedmiotem recenzowanego badania Pereza i Romero, które zostało opublikowane w zeszłym miesiącu w czasopiśmie naukowym. fizyczny przegląd d.

„Naszym głównym wynikiem jest to, że rozwiązanie reprezentuje dynamiczną czarną dziurę obecną we wszystkich okresach kosmologicznego modelu regresji” – napisali.

Innymi słowy, czarna dziura Pereza i Romero przetrwała, nawet gdy wszystko wokół niej zostało zniszczone, gdy wszechświat zapadł się w drodze do ostatecznego wyzdrowienia.

To fascynujące odkrycie. Kwestia roli czarnej dziury w odbijającym się wszechświecie jest „wyraźnie intrygująca”, powiedział The Daily Beast Leandros Perivolaropoulos, fizyk z Uniwersytetu Ioannina w Grecji, który nie był zaangażowany w badania, „a ten artykuł może być postrzegany jako pierwsza próba rozwiązania tego problemu”.

Ale uwaga: w argumentacji Pereza i Romero jest wiele założeń. Możliwe, że w chwili, gdy wszechświat przechodzi od kurczenia się do rozszerzania, wszystkie zasady, które kierują naszym rozumieniem fizyki, wychodzą przez okno. Być może próbujemy zrozumieć niezgłębione.

„Sama ogólna teoria względności załamuje się zarówno w osobliwości czarnej dziury, jak i osobliwości odbicia”, powiedział Perivolaropoulos. „Więc żadnych wniosków na tej podstawie nie można traktować poważnie”.

Innymi słowy, w momencie, gdy wszechświat zapadnie się do swoich najmniejszych rozmiarów tuż przed odbiciem, grawitacja przestanie działać normalnie. To właśnie rozumiemy przez osobliwość: wyjątek od praw fizyki. Nie mamy pojęcia, jak będzie się zachowywać czarna dziura, gdy zasady nie będą obowiązywać.

Perivolaropoulos dodał, że metody Pereza i Romero „mają ogromny potencjał do poprawy, delikatnie mówiąc”.

Żeby było jasne, podstawowa idea, że ​​wszechświat wielokrotnie się rozszerza i kurczy, nie jest nowa. Regresja kosmiczna jest jedną z kilku wiodących teorii wśród kosmologów badających pochodzenie i losy wszechświata.

W rzeczywistości co najmniej jeden zespół naukowców uważa, że ​​nasz wszechświat liczący 13,7 miliarda lat znajduje się na końcu swojej ostatniej fazy ekspansji, i Możesz ponownie zacząć kontraktować Za jakieś sto milionów lat jest na dobrej drodze do nowego skoku za kilka miliardów lub dziesiątki miliardów lat.

Alternatywne teorie sposobów, w jakie wszechświat może się zakończyć, obejmują spowolnienie i zamrożenie wszechświata, zapadnięcie się na siebie lub wirowanie w nieskończenie podzielone wszechświaty kieszonkowe. Wśród wszystkich opcji jasne jest, dlaczego kosmiczne odbicie przyciąga tak wiele uwagi. To zgrabny sposób na wyjaśnienie niektórych dziwnych rzeczy, które widzimy wokół nas w kosmosie.

Po pierwsze, może pomóc wyjaśnić, dlaczego we wszechświecie, który jest w większości jednolicie pusty, znajdują się takie dziwne, rozproszone bryły. Galaktyki. gwiazdy. planety. Ludzie. Nieregularności w przestrzeni są produktem ubocznym nieskończonego rozszerzania się i kurczenia.

Odbicie może mieć również sens w przypadku największych czarnych dziur. W szczególności „ogromna” różnorodność, która jest miliardy razy większa niż nasze Słońce i która wywiera tak silną siłę grawitacyjną na otaczającą je przestrzeń, że nawet światło nie może uciec.

Jak dotąd wykryliśmy dwie z tych masywnych czarnych dziur za pomocą nowego globalnego zestawu radioteleskopów o nazwie teleskop horyzontu zdarzeń. jeden zaobserwowany W centrum naszej galaktyki Droga Mleczna. był ten drugi? Dostrzeżony w sercu Messiera 87galaktyka odległa o 54 miliony lat świetlnych.

Czarna dziura zawiera w sobie coś najbliższego osobliwości – wyjątek od przyjętych zasad fizyki – które możemy bezpośrednio obserwować za pomocą naszych teleskopów. W sercu niemożliwie gęstej ciemnej czarnej dziury nasze zrozumienie wszechświata rozpada się. Jak powiedział Perivolaropoulos.

Jest coś wyjątkowego w czymś tak dużym i intensywnym. Jest to coś wyjątkowego, co może pomóc największym czarnym dziurom przetrwać za każdym razem, gdy wszechświat się odbije, a wszystko inne zostanie skompresowane w rodzaj miękkiego ciasta materii i energii.

Kluczem może być ich przetrwanie. Być może, tylko może, nie jest przypadkiem, że czarne dziury przetrwają i zachowują swoją wyjątkową dziwność, kiedy wszystko wokół nich kurczy się do jednorodności. Czarne dziury mogą być jednym z powodów, dla których wszechświat może się odbić Z powrotem Po tym, jak kurczy się raz na około 30 miliardów lat.

Według Pereza i Romero, istnieją powody, by sądzić, że duże czarne dziury, nadal nienaruszone po kosmicznym odbiciu, pomagają wszechświatowi odbudować się, zawracając materię w przestrzeń i mieszając nowo rozszerzającą się materię z jej energią.

„Jeśli czarne dziury przejdą przez odbicie, mogą powodować zakłócenia, które doprowadzą do powstania struktur i wczesnego powstania rozszerzającej się galaktyki” – napisali. Czarne dziury mogą działać jako silniki tworzenia lub rekonfiguracji, jeśli wolisz – pomagając uformować galaktyki, gwiazdy i planety w odbijającą się galaktykę.

To atrakcyjny pomysł. Zwłaszcza w świetle innej teorii, która zyskała wiarygodność (równolegle z ideą kosmicznego odbicia), że w centrum każdej galaktyki znajdują się supermasywne czarne dziury. Nie znaleźliśmy ich jeszcze wszystkich.

Szczerze mówiąc, Perez i Romero nie są pierwszymi kosmologami, którzy badają związek między odbijającym się wszechświatem a supermasywnymi czarnymi dziurami. Bernard Carr i Timothy Clifton z Queen Mary University of London wraz z Alanem Cooleyem z Dalhousie University w Kanadzie, O tym pisano Czarne dziury przetrwały kosmiczne odbicie od lat. „Matematyka, którą zrobiliśmy, sugeruje, że jest to możliwe” – powiedział Cooley The Daily Beast.

Różnica polega na tym, że w modelu Cooleya i współpracowników czarne dziury są osadzone w otaczającej strukturze kurczącego się wszechświata, a nie wewnątrz niego. Ułatwiłoby to czarnym dziurom wytrzymanie nawet wtedy, gdy rzeczy wewnątrz struktury wszechświata zapadną się same.

W myśleniu Pereza i Romero takie są czarne dziury w środku struktura. „Patrzą na nieco inny model” – powiedział Cooley. W tej koncepcji odbijającego się wszechświata czarne dziury są znacznie trudniejsze, niż ktokolwiek wcześniej sobie wyobrażał — i być może nawet ważniejsze dla nowej ekspansji wszechświata.

Jeśli istnieje ryzyko w kosmologicznym kącie, które Perez i Romero dzielą z Cooleyem i współautorami, twarde dane o odbijających się wszechświatach i supermasywnych czarnych dziurach są dość słabe. Nasze sondy kosmiczne są bardzo nieliczne. Jak dotąd widzimy tylko starymi teleskopami.

Aby lepiej potraktować potencjalne kosmiczne odbicie wspomagane przez czarną dziurę, musimy znaleźć więcej czarnych dziur. Zwłaszcza te duże w centrach galaktyk. Potrzebujemy również lepszych pomiarów promieniowania tła wszechświata. Dokładny odczyt promieniowania może wskazywać na cykle rozszerzania się i kurczenia.

Dobrą wiadomością jest to, że te obserwacje mogą wkrótce być możliwe. Nowa BICEP .tablica, grupa czterech radioteleskopów budowana na biegunie południowym, może dać nam dobre odczyty promieniowania już za kilka lat. I możemy spodziewać się więcej obrazów (a nawet niektórych filmów) dużych czarnych dziur z Teleskopu Event Horizon.

Jeśli kosmolodzy tacy jak Perez, Romero i Cooley zaczną wszędzie znajdować czarne dziury, a także rejestrować charakterystyczne wzorce promieniowania odbijającego się wszechświata, być może będziemy musieli zacząć pogodzić się z ideą, że wszystko, co możemy zobaczyć i wyobrazić sobie, jest znacznie mniej wyjątkowe niż wcześniej myśleliśmy.

W rzeczywistości możemy żyć w trzeciej, setnej lub tysięcznej wersji wszechświata po wielokrotnych odbiciach, z których każde jest częściowo napędzane przez coraz większe czarne dziury.