Уявіть собі: Всесвіт співає. Ми вже звикли до цієї космічної симфонії гравітаційних хвиль, більшість з яких досі асоціювали із запальними танцями та злиттями чорних дір. Але що, як наш космічний оркестр має й інші, набагато дивніші інструменти? Нові дослідження, оприлюднені цьогоріч, змушують задуматися: а що як зіткнення кротових нір створюють власні, унікальні “мелодії”, які ми ще просто не навчилися розпізнавати? Відповіді можуть бути більш неочікуваними, ніж найсміливіші сценарії наукової фантастики. Повідомляє T4 з посиланням на sciencealert.com. Кротові нори – міст крізь простір-час чи наукова фантастика? Назва “кротова нора” одразу ж навіює образи космічних подорожей із улюблених серіалів на кшталт “Зоряного шляху” чи “Експансії”. І хоча це звучить як чиста фантастика, насіння цих ідей міцно вкорінене у справжній науці. Загальна теорія відносності Ейнштейна, яка описує гравітацію як викривлення простору-часу, передбачає математичну можливість існування таких собі тунелів – “горловин” – що могли б з’єднувати дві віддалені точки Всесвіту. Питання лише в тому, чи може така структура насправді існувати в реальності. Фото: sciencealert.com Ми часто чуємо про міст Ейнштейна-Розена, але це непрохідний тип кротової нори. Нас більше цікавить модель Елліса-Броннікова. Це гіпотетичний прохід, який утримується відкритим завдяки так званому фантомному скалярному полю. Це поле має незвичайні властивості “негативної енергії”, що, припускають вчені, не дає горловині стиснутися. Цікаво, що дослідження, проведені вже у 2026 році, показують: прохідні кротові нори, подібні до Елліса-Броннікова, можуть природно виникати з вищих вимірних скалярно-тензорних теорій. Іншими словами, існують складніші фізичні моделі, в рамках яких ці “тунелі” не просто математичний курйоз, а цілком очікувана сутність. Хоча вона й прохідна, це не означає, що стабільна. Уявіть собі: горловина може стиснутися, утворивши чорну діру, або ж навпаки – почати неконтрольовано розширюватися, мов космічна інфляція. Неймовірні танці: що відбувається при зіткненні кротових нір? Що ж трапиться, якщо дві такі нестабільні й екзотичні структури зустрінуться у космічному вальсі? Фізики Микита Широков з Московського фізико-технічного інституту та інженер з машинного навчання Ілля Начевський з Вищої школи економіки в Росії взялися за симуляції, щоб з’ясувати це. Вони моделювали тривимірні зіткнення бінарних кротових нір Елліса-Броннікова, змінюючи їхню початкову відстань, траєкторії та властивості фантомних полів. Результати були надзвичайно різноманітними. Виявилося, що кротові нори можуть як притягуватися, так і відштовхуватися одна від одної. Причому симуляції показали, що злиття відбувається лише для пар із протилежними скалярними зарядами, і співвідношення притягання до відштовхування виявилося дуже специфічним – 1.462±0.022. Це трохи відрізняється від передбачуваних 3/2, що вже є цікавим нюансом для теоретиків. Деякі нори просто пролітали повз, “зачіпаючи” одна одну, після чого їхні горловини значно роздувалися. А ось найбільш вражаючий сценарій розгортався при лобовому зіткненні. Замість того, щоб злитися в одну велику кротову нору, відбувалося щось набагато дивніше. Навколо обох горловин, які ще були відкритими, формувалася спільна “поверхня найменшої площі” (MOTS) – щось схоже на горизонт подій чорної діри, яка охоплювала обидві структури. І ось тут починаються справжні космічні дива. Зазвичай, згідно з теоремою Стівена Гокінга 1971 року, площа горизонту подій чорної діри може лише збільшуватися або залишатися незмінною. Але у цьому випадку спільна “поверхня найменшої площі” почала… зменшуватися! Втрачаючи майже 28% своєї початкової площі, вона поглинала фантомне поле, яке її утримувало. Ця дивна поведінка не суперечить теоремі Гокінга, бо та базується на припущеннях про енергію, які фантомне скалярне поле з його екзотичними властивостями негативної енергії просто порушує. Після цього стиснення, до моменту t=100 (це одиниця часу, яку використовують у симуляціях), цей горизонт залишається в межах лише 1.4% від радіуса Шварцшильда маси об’єднаної пари, продовжуючи згортатися. Гравітаційні хвилі: як відрізнити кротову нору від чорної діри? Звісно, постає питання: як усе це пов’язано з гравітаційними хвилями, які ми так активно шукаємо? Коли масивні об’єкти, такі як чорні діри, спірально зближуються до зіткнення, їхній рух створює брижі у просторі-часі, наче хвилі від човна на озері. Це і є гравітаційні хвилі. Логічно припустити, що кротові нори, особливо масивні моделі Елліса-Броннікова з цього дослідження, також мають генерувати гравітаційні хвилі під час руху та взаємодії. Однак, як з’ясували дослідники, сигнали від зіткнень кротових нір будуть кардинально відрізнятися від тих, що видають чорні діри. Пара чорних дір, що зближується по спіралі, випромінює характерний сигнал, який називають “щебетанням” (chirp): він стає сильнішим і частішим у міру наближення об’єктів. Натомість, симуляції показали, що зустрічі кротових нір створюватимуть короткі, різкі імпульси гравітаційних хвиль. На відміну від бінарних чорних дір, чиї горловини відносно стабільні, горловини кротових нір є нестабільними та існують лише протягом кількох орбітальних періодів, тому їхня “пісня” буде схожа на одиночний, раптовий вибух. Цікаво, що деякі з найтісніших прольотів (fly-by), коли нори лише “зачіпали” одна одну, генерували особливо сильні імпульси гравітаційних хвиль, навіть без утворення спільної “поверхні найменшої площі”. Це не означає, що будь-який гравітаційно-хвильовий імпульс без “щебетання” одразу ж є доказом кротових нір. Чорні діри за певних обставин теж можуть продукувати подібні сигнали. Наприклад, незвичайний сигнал GW190521, зареєстрований у 2019 році, досі активно досліджується як можливий прояв екзотичної фізики простору-часу. Ці нові симуляції не пов’язують його безпосередньо з кротовими норами, але вони підкреслюють важливість розуміння потенційних “підписів” гіпотетичних об’єктів. Тут, однак, є важливий нюанс. Вчені зазначають, що кротові нори, які могли б утворитися на ранніх етапах Всесвіту, випромінювали б сигнали, розтягнуті космічним розширенням до частот, значно нижчих за ті, що здатні вловити сучасні детектори гравітаційних хвиль, такі як LIGO або майбутня місія LISA. Щоб ці сигнали були виявлені, кротові нори мали б утворитися набагато пізніше в космічній історії – а як це могло статися, ми поки не знаємо. Ба більше, симуляції 2026 року показують, що для колапсуючої кротової нори проміжної маси (наприклад, 1000 сонячних мас) на відстані в 1 мегапарсек, гравітаційно-хвильовий сигнал був би трохи нижчим за чутливість Advanced LIGO. Це означає, що для їх виявлення нам потрібні або набагато ближчі джерела, або детектори наступного покоління. Майбутнє космічних детективів Всесвіт не втомлюється нас дивувати, і, здається, його репертуар значно ширший, ніж ми думали. Відкриття кротових нір, якщо вони коли-небудь будуть підтверджені, повністю змінить наше уявлення про гравітацію, простір-час та, можливо, навіть про подорожі крізь космос. Такі симуляції, як ці, дають нам своєрідний “каталог” потенційних подій, що можуть відбуватися у далеких закутках Всесвіту, і готують нас до моменту, коли телескопи наступного покоління або гравітаційно-хвильові детектори зафіксують щось справді неординарне. Цьогорічна Нобелівська премія з фізики, присуджена Френсісу Галзену за створення нейтринної лабораторії IceCube, зайвий раз підкреслює, наскільки активно розвивається астрофізика, шукаючи нові способи вивчення екстремальних космічних явищ. Можливо, саме завдяки новим методам ми колись зловимо й “пісню” кротових нір, розшифрувавши ще одну таємницю Всесвіту. І хто знає, можливо, цей “спів” розповість нам про тунелі, які ведуть до зовсім інших куточків космічного континууму? FAQ Що таке кротова нора Елліса-Броннікова? Кротова нора Елліса-Броннікова – це гіпотетичний прохід у просторі-часі, який, на відміну від моста Ейнштейна-Розена, є прохідним. Її стабільність забезпечується гіпотетичним фантомним скалярним полем, що має властивості негативної енергії. Чи існують кротові нори насправді? На сьогоднішній день існування кротових нір не підтверджено спостереженнями. Вони є математичним наслідком загальної теорії відносності Ейнштейна, але поки що залишаються гіпотетичними об’єктами. Однак нові дослідження 2026 року вказують на їхню можливу появу в рамках вищих скалярно-тензорних теорій. Чим відрізняються гравітаційні хвилі від зіткнень чорних дір та кротових нір? Злиття чорних дір генерує “щебетання” (chirp) – сигнал, що зростає по амплітуді та частоті. Зіткнення кротових нір, за симуляціями, створюють короткі, різкі імпульси (burst) гравітаційних хвиль, оскільки їхні горловини нестабільні та існують лише короткий час. Чому горизонт подій при зіткненні кротових нір може зменшуватися? У симуляціях, спільна “поверхня найменшої площі” (аналог горизонту подій) навколо кротових нір може зменшуватися тому, що вона взаємодіє з фантомним скалярним полем, яке має екзотичні властивості негативної енергії. Ці властивості порушують припущення, на яких базується теорема Стівена Гокінга про те, що площа горизонту подій може лише збільшуватися. Чи можна буде виявити гравітаційні хвилі від кротових нір? Виявлення таких хвиль є складним завданням. Сигнали від кротових нір, що утворилися на ранніх етапах Всесвіту, можуть бути занадто розтягнуті космічним розширенням. Також симуляції 2026 року показують, що для кротових нір проміжної маси сигнали можуть бути трохи нижчими за чутливість поточних детекторів, таких як Advanced LIGO, що вимагає нових технологій або ближчих джерел.The post Фізики змоделювали зіткнення кротових нір: що виявили вчені first appeared on T4 - сучасні технології та наука.