Чорні діри зберігаються після кожного циклу розширення

Розширюється Всесвіт чи не розширюється Всесвіт, - науці достеменно невідомо. Є математичні моделі, які нібито підтверджують цю теорію, є й інші концепти, які говорять про протилежне. Проблема в космології в методології: незрозуміло, які явища, речі або навіть фізичні реальності можна вважати "фактом", тим більше доведеним фактом, а які - ні.

Можна погодиться і з тією точкою зору, що нерідко звичайну інтерпретацію, засновану на математичній схоластиці, приймають на віру і трактують як доведену базу або ту саму фізичну реальність.

Так само можна погодитися або не погодитися з думкою, що в якийсь момент, через мільярди років, Всесвіт розшириться настільки, що в нього закінчиться енергія для подальшого розширення. У цей момент щось має змінитися. Ось тут і починаються справжні проблеми.

Чорна діра і циклічність Всесвіту

Теоретичні пробоїни породили настільки гарячі суперечки, що космологічна криза загрожує перерости у справжню інтелектуальну війну.

Згідно з новим дослідженням космологів Даніели Перес і Густаво Ромеро, обидва з Аргентинського інституту рентгенівських променів, Всесвіт неодноразово розширювався та стискався, а надмасивні чорні діри - єдині астрономічні об'єкти, що пережили нескінченні цикли руйнування та оновлення, або "великий відскік".

Математична модель теоретичної чорної діри перебуває в центрі уваги рецензованого дослідження, яке було опубліковано минулого місяця в Physical Review d.

"Наш головний результат полягає в тому, що рішення являє собою динамічну чорну діру, присутню у всіх періодах космологічної регресійної моделі", - пишуть дослідники.

Іншими словами, чорна діра Перес і Ромеро вижила навіть тоді, коли все навколо неї було знищено, оскільки Всесвіт зруйнувався на шляху до остаточного відновлення.

Це переконливе відкриття. Питання про роль чорної діри у Всесвіті, що відроджується, явно інтригує, - заявив The Daily Beast Леандрос Періволаропулос, фізик з Університету Яніни, який не брав участі в дослідженні.

Проблема в тому, що в аргументації космологів багато припущень (утім, як завжди). Можливо, що в той момент, коли Всесвіт переходить від стиснення до розширення, всі правила, якими ми керуємося в розумінні фізики, вилітають у трубу. Можливо, ми намагаємося зрозуміти незбагненне.

"Загальна теорія відносності сама по собі руйнується як у сингулярності чорної діри, так і в сингулярності відскоку, - каже Періволаропулос. - Тому будь-які висновки, засновані на ній, не можна сприймати всерйоз".

Іншими словами, в той момент, коли безпосередньо перед відскоком Всесвіт схлопнеться до свого найменшого розміру, гравітація перестане "нормально" працювати. Виникає те, що ми називаємо сингулярністю: колапс звичних законів фізики. Ми й гадки не маємо, як поведе себе чорна діра, коли стандартні правила не діють.

Космічний відскік

Ідея про те, що Всесвіт неодноразово розширюється і стискається, не нова. Космічний регрес є однією з провідних теорій, що описують походження і долю Всесвіту.

Насправді, одна група вчених вважає, що вік нашого Всесвіту - 13,8 мільярдів років, він перебуває наприкінці своєї останньої фази розширення і може почати стискатися знову.

За цією версією, через 60-100 мільйонів років він досягне піку свого розвитку, почнеться етап стиснення і новий "великий відскік" через десятки мільярдів років.

Альтернативні теорії пропонують інші сценарії смерті всесвіту: сповільнення і заморожування, колапс простору або обертання в нескінченних фрагментованих кишенькових всесвітах.

На тлі всіх цих варіантів стає зрозуміло, чому великий відскік привертає до себе стільки уваги. Це витончений спосіб пояснити деякі дивні речі, але без явної доказової бази.

Зате є можливі відповіді.

• По-перше, чому у Всесвіті, який здебільшого рівномірно порожній, існують розкидані шматки речовини у вигляді галактик, зірок і планет. Нерівномірність простору - побічний продукт нескінченного циклу розширення і стиснення.
• По-друге, відскік може мати сенс і для найбільших чорних дір. Які в мільярди разів важчі за наше сонце і які чинять такий сильний гравітаційний вплив на простір навколо себе, що навіть світло не може вирватися назовні.
• На сьогоднішній день ми виявили дві з таких масивних чорних дір - одна знаходиться в центрі Чумацького Шляху, інша розташована в галактиці Messier 87A на відстані 54 мільйонів світлових років від Землі.

Чорна діра перебуває в стані, близькому до сингулярності - і цей стан ми можемо спостерігати за допомогою телескопів. За словами Періволаропулоса, в серці кожної чорної діри руйнується наше розуміння фізики.

Є щось особливе, і воно допомагає ЧД виживати щоразу, коли Всесвіт відскакує назад, а вся матерія стискається в якесь першоджерело майбутнього відродження.

Здатність виживати може бути ключем до розгадки космологічних таємниць. Вони зберігають свою унікальну дивину, коли цикл перезапускається через 30 мільярдів років після чергового створення.

Збурення чорних дір

За словами Перес і Ромеро, є підстави вважати, що великі чорні діри, які залишаються неушкодженими після космічного відскоку, допомагають Всесвіту перебудуватися, повертаючи матеріал у космос і змішуючи з його енергією простору, який знову розширюється.

"Якщо чорні діри проходять через відскік, вони можуть викликати збурення, які призведуть до утворення структур і ранніх галактик", - пишуть вони.

ЧД можуть діяти як двигуни реконфігурації, допомагаючи формувати галактики, зірки і планети.

"Чорні діри можуть бути однією з причин того, що Всесвіт здатний відновлюватися після стиснення раз на 30 мільярдів років або близько того".

Це приваблива ідея. Особливо у світлі того, що, мабуть, у центрі кожної галактики знаходяться надмасивна чорна діра. Ми просто їх не бачимо.

Справедливості заради треба зазначити, що Перес і Ромеро - не перші космологи, які досліджують зв'язок між стрибаючим Всесвітом і надмасивними чорними дірами. Бернард Карр і Тімоті Кліфтон з Лондонського університету королеви Марії, а також Алан Кулі з Університету Далхаузі в Канаді вже висували подібну гіпотезу. Принаймні, математика в них "зійшлася".

Але якщо в моделі Кулі та його колег ЧД вбудовані в навколишню структуру Всесвіту, що стискається, то в аргентинських космологів вони містяться в ньому. Тобто доля ЧД загалом не залежить від долі всього Всесвіту. На думку Перес і Ромеро, чорні діри знаходяться всередині структури.

Щоб краще вивчити потенційний космічний відскік, викликаний чорними дірами, нам потрібно знайти більше чорних дір. Особливо в центрах галактик. Нам також потрібні точніші вимірювання фонового випромінювання Всесвіту. Вони-то, можливо, вкажуть на цикли розширення і стиснення.

Хороша новина полягає в тому, що такі спостереження будуть проводитися. Новий масив BICEP - група з чотирьох радіотелескопів, що будуються на Південному полюсі, запуститься через кілька років. А від телескопа "Горизонт подій" ми можемо очікувати нових зображень великих чорних дір.

Якщо такі космологи, як Перес, Ромеро і Кулі, почнуть знаходити чорні діри всюди, а також реєструвати характерні особливості випромінювання Всесвіту, що стрибає, нам, можливо, доведеться примиритися з думкою, що все, що ми можемо побачити й уявити, набагато менш унікальне, ніж ми думали раніше.

Насправді, можливо, ми живемо в третій, сотій або тисячній версії Всесвіту після багаторазових стрибків, кожен з яких частково підживлюється все більшими чорними дірами.