Представьте себе нечто, что выглядит как черная дыра и преломляет свет, как черная дыра, но на самом деле является крайне необычной звездой. Хотя загадочный объект является гипотетической математической конструкцией, новые симуляции, проведенные исследователями из Университета Джона Хопкинса, предполагают, что в космосе могут быть и другие небесные тела, скрывающиеся даже от лучших телескопов на Земле.
Обнаружение гравитационных волн в 2015 году потрясло мир астрофизики, поскольку подтвердило существование черных дыр. Вдохновленная этими открытиями, небольшая группа ученых решила изучить возможность существования других объектов, которые могут производить аналогичные гравитационные эффекты, но которые будут признаваться черными дырами при наблюдении с помощью сверхточных датчиков на Земле.
И это звучит вполне логично. Единственный способ точно сказать о каком-то объекте: черная это дыра или нет — это посмотреть на него. Но большая часть всего. что мы знаем о космосе — это наблюдение не источника, а последствий.
Новые симуляции реалистично изображают объект, который авторы научной работы называют топологическим солитоном. Моделирование показывает объект, который издалека выглядит как размытая фотография черной дыры, но вблизи он выглядит совсем иначе.
На данном этапе объект является гипотетическим. Но тот факт, что команда смогла построить его с помощью математических уравнений и показать, как он выглядит с помощью моделирования, предполагает, что в космосе могут быть и другие типы небесных тел, скрывающиеся даже от лучших телескопов на Земле.
Полученные данные показывают, как топологический солитон искажает пространство точно так же, как черная дыра, но ведет себя не так, как черная дыра, поскольку он испускает слабые световые лучи, которые не могут избежать сильной гравитационной силы настоящей дыры. Свет сильно искривлен, но вместо того, чтобы поглощаться, как в черной дыре, он рассеивается причудливыми движениями, пока в какой-то момент не возвращается к вам в хаотичном порядке. Вы не видите темного пятна. Вы видите много размытия, а это значит, что свет бешено вращается вокруг этого странного объекта.
Гравитационное поле черной дыры настолько сильное, что свет может вращаться вокруг нее на определенном расстоянии от ее центра, точно так же, как Земля вращается вокруг Солнца. Это расстояние определяет край "тени" дыры, так что любой падающий свет безвозвратно попадет в область, которую ученые называют "горизонтом событий". Там ничто не может ускользнуть, даже свет.
Команда ученых смоделировала несколько сценариев, используя изображения космического пространства, как если бы они были сняты камерой, поместив перед объективом черную дыру и топологический солитон. В результате были получены искаженные изображения из-за гравитационного воздействия массивных тел. Это первое моделирование астрофизически значимых объектов теории струн, поскольку мы действительно можем охарактеризовать различия между топологическим солитоном и черной дырой, как если бы наблюдатель видел их в небе.
Вдохновленные различными результатами теории струн, в 2021 году ученые открыли способы построения топологических солитонов с использованием общей теории относительности Эйнштейна. Хотя солитоны не являются предсказаниями новых объектов, они служат лучшими моделями того, как могут выглядеть новые объекты квантовой гравитации по сравнению с черными дырами.
Ученые ранее создали модели бозонных звезд, гравазвезд и других гипотетических объектов, которые могли бы оказывать аналогичные гравитационные эффекты с экзотическими формами материи. Но новое исследование объясняет основные теории внутреннего устройства Вселенной, которых нет в других моделях. По словам исследователей, в нем используется теория струн, которая согласовывает квантовую механику и теорию гравитации Эйнштейна.