Общая теория относительности Альберта Эйнштейна удивительна, в своей предсказательной силе. Теория гласит, что объекты массы "искажают" саму ткань пространства-времени, и что это искривление порождает силу гравитации. Теория привела к возникновению гипотез, о существовании множества явлений, событий и объектов, которые астрономы и физики в конечном итоге обнаружат в космосе. Тем не менее, один крупный космический объект до сих пор не найден: червоточина.
Общая теория относительности предсказывала, что черные дыры представляют собой объекты огромной массы, настолько плотно упакованные, что они создают область пространства с такой интенсивной гравитацией, что даже свет не успевает покинуть их задолго до того, как астрономы увидели намеки на существование подобных областей. Общая теория относительности также предвидела крошечную рябь в пространстве-времени, создаваемую ускорением объектов массы, которую мы теперь называем гравитационные волны и можем обнаружить с помощью огромных высокочувствительных лазерных интерферометров.
Одно из важнейших наследий Эйнштейна также предсказывало, что искривление пространства-времени объектами большой массы также будет искривлять свет, иногда усиливая его или даже заставляя удаленные отдельные объекты появляться в нескольких точках пространства. Астрономы теперь используют это увеличение света, известное как "гравитационное линзирование" или иногда "микролинзирование", для обнаружения удаленных объектов, таких как галактики, которые существовали в ранней Вселенной .
Решения уравнений общей теории относительности предполагают, что объекты, подобные черным дырам, могут существовать, образуя входы и выходы из "туннелей" или "мостов", которые могут соединять две отдаленные области пространства. Это и есть червоточины, которые остаются чисто гипотетическими объектами. Если они и существуют, то остались незамеченными. Но физики нашли многообещающий способ их возможного обнаружения.
Что такое червоточина?
Технически называемые "мост Эйнштейна-Розена", эти туннели сквозь пространство — и, возможно, даже время — более известны как червоточины. Они могут предложить возможность пересечения значительно удаленных друг от друга областей Вселенной быстрее, чем свет может перемещаться между этими точками.
Чтобы изобразить это, представьте себе все пространство в виде плоского листа бумаги, изогнутого в виде подковы. Обычное путешествие в космосе похоже на путешествие от одной точки на бумаге к другой, проходя по поверхности бумаги. Червоточина, созданная так называемой экзотической материей с отрицательной массой, подобна металлической соломинке, проталкиваемой сквозь бумагу, соединяющую верхнюю половину с нижней.
Точно так же, как соломинка позволяла бы перемещаться с одной стороны бумаги на другую, не пересекая поверхность бумаги, червоточины могли бы позволить перемещаться с одной стороны Вселенной на другую, не преодолевая расстояние в пространстве, на которое эти точки физически разделены.
Физики предположили, что если червоточины действительно существуют, они должны быть настолько массивными, что они также будут иметь эффект искривляющей свет "гравитационной линзы", как и черные дыры, и это может быть одним из способов их увидеть. Но есть загвоздка: как астрономы отличат гравитационное линзирование, вызванное черными дырами, от такого же явления, создаваемого червоточинами?
Группа исследователей из нескольких научных учреждений в Китае построили симуляцию электрически заряженной сферической червоточины и изучили влияние на вселенную вокруг нее. Эта модель показала, что если червоточины действительно существуют, их можно не только обнаружить с помощью эффектов гравитационного линзирования света, но и что этот эффект будет другим для червоточин и черных дыр.
Команда подсчитала, что червоточины могут усиливать свет в ошеломляющие 100 000 раз — эффект гравитационного линзирования намного сильнее, чем даже вокруг черных дыр. В дополнение к этому команда обнаружила особенность эффекта линзирования червоточин, которой нет у черных дыр. И эти факторы могут стать ключом к окончательному обнаружению червоточин и отличию их от черных дыр.
Авторы работы объясняют, что, нарисовав форму этого увеличения, астрономы не только смогут обнаружить червоточины, но и отличить эти туннели в пространстве-времени от их собратьев из общей теории относительности. По их словам у увеличения, вызванного червоточинами, будет два пика: высокий пик и пологий пик. Увеличение, вызванное черными дырами, при нанесении на график имеет только один пик, который является максимальным значением увеличения.
Однако этот огромный коэффициент увеличения и форма этого увеличения на графике — не единственные факторы гравитационного линзирования, обнаруженные командой, которые могут разделить червоточины и черные дыры.
Когда свет от фонового источника, такого как галактика, проходит мимо объекта с сильным линзированием, скажем, черной дыры, часто свет проходит другой путь мимо этого объекта. Какой-то свет слабо линзируется, в то время как свет, проходящий ближе к линзе, сильнее отклоняется. В результате свет от фонового объекта виден наблюдателю в разное время и, следовательно, в разных точках одного изображения.
Расчеты, сделанные командой в отношении гравитационного линзирования и искривления света, создаваемого червоточинами, также показали, что эти туннели в космосе должны создавать трехкратно повторяющиеся изображения фоновых источников света. Эти тройные изображения также приобретут отличительные характеристики, указывающие на их происхождение.
Конечно, подтверждение теории, выдвинутой командой, будет означать наблюдение большего количества событий гравитационного линзирования во Вселенной и поиск особенностей, которые, как они предполагают, указывают на наличие червоточин.
По словам ученых, если в ближайшем будущем мы сможем наблюдать больше событий микролинзирования и составить более точный график увеличения, которое они вызывают, мы сможем сравнить эти наблюдения с теоретическими расчетами. Это будет означать первое обнаружение потенциальной червоточены.
