Необычная гравитационная волна: эхо «червоточины», ведущей в параллельную вселенную?

GW190521, гравитационная волна, которая длилась менее одной десятой секунды, могла возникнуть из червоточины, ведущей в параллельную вселенную, как предполагает одно удивительное исследование. Необычная краткость GW190521 может объясняться слиянием двух черных дыр, которое временно привело к образованию червоточины. Если эта гипотеза подтвердится, она может стать потенциальным доказательством существования этих экзотических объектов.

Теория относительности Эйнштейна гласит, что массивные космические объекты оказывают воздействие на ткань пространства-времени, в результате чего она «растягивается» вниз, подобно грузам, помещенным в центр батута. Это явление также наблюдается при столкновении таких объектов. В результате возникают волны, называемые «гравитационными волнами», которые распространяются на большие расстояния.

Двойные системы, такие как пары черных дыр или нейтронных звезд, также генерируют гравитационные волны, вращаясь друг вокруг друга. Интенсивность этих волн увеличивается по мере сближения объектов, прежде чем они в конечном итоге сталкиваются. Таким образом, они являются маркерами предстоящих столкновений и обычно используются для их обнаружения.

Большинство гравитационных волн до сих пор с уверенностью приписываются слияниям черных дыр или двойных нейтронных звезд. На сегодняшний день около 300 из них были обнаружены специализированными обсерваториями, такими как Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) в США и Virgo в Европе.

Почти все они имеют одинаковую структуру, известную как «слияние-спираль-сжатие». Взаимодействующие массивные двойные системы генерируют все более интенсивные спиральные волны. Затем, после слияния, они временно колеблются и стабилизируются, излучая конечную волну, называемую «затуханием».

И хотя время распространения гравитационных волн технически бесконечно, сигналы, обнаруживаемые приборами, обычно длятся несколько секунд. Однако в 2019 году обсерватории LIGO и Virgo обнаружили необычную гравитационную волну, которая может поставить под сомнение стандартные парадигмы.

Названная GW190521, она имеет чрезвычайно короткую продолжительность (около 0,1 секунды) и не имеет обычной структуры слияния-спирали-сжатия. Приборы идентифицировали ее как следствие столкновения двух черных дыр, которые слились в одну черную дыру с массой около 142 масс Солнца. Однако она не имеет восходящей части сигнала, который возникает, когда дыры сближаются перед столкновением.

Одна из выдвинутых гипотез предполагает, что волна возникла в результате случайного и быстрого взаимодействия двух черных дыр, которые слились напрямую, не входя предварительно в спиральную орбиту. Исследование, проведенное совместно с Университетом Китайской академии наук, предлагает более экзотическое объяснение: червоточина, которая временно образовалась в результате слияния двух черных дыр.

«Мы выдвигаем гипотезу, что GW190521 может представлять собой единственный и изолированный импульс гравитационной волны, исходящий из червоточины, остатка после слияния двойных черных дыр из другой вселенной, соединенной с нашей через горло», — пишут исследователи в своем исследовании, предварительно опубликованном на платформе arXiv.

Временный «мост» в параллельную вселенную?

Червоточины (или мосты Эйнштейна-Розена) — это гипотетические объекты, которые могут соединять две отдельные и удаленные друг от друга области пространства-времени или две разные вселенные. С одной стороны они проявляются в виде черной дыры, а с другой — в виде другого гипотетического объекта, называемого «белой дырой». Китайская команда предполагает, что GW190521 может быть сигналом червоточины, соединяющей нашу Вселенную с другой.

Слияние черных дыр привело бы к образованию кратковременного червоточины, излучающей короткий сигнал, который можно было бы обнаружить в нашей Вселенной. Сигнал прервался бы, когда червоточина закрылась бы, что могло бы объяснить очень короткую продолжительность GW190521. «Резонансный сигнал после слияния двойных черных дыр в другой вселенной может пройти через горло червоточины и быть обнаружен в нашей вселенной как короткий эхо-импульс», — предполагает команда.

Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи разработали математическую модель того, как мог бы выглядеть гравитационный сигнал, связанный с черной дырой, чтобы сравнить ее с данными реального сигнала GW190521, зафиксированного LIGO и Virgo. Они также создали модель стандартного слияния двойных черных дыр, чтобы уточнить сравнения.

Исследователи обнаружили, что данные LIGO и Virgo соответствуют модели стандартного слияния, но лишь незначительно. Это говорит о том, что возможность того, что GW190521 исходит от червоточины, не полностью исключена и что он может представлять собой потенциальный признак существования такого объекта.

«Хотя байесовский фактор слегка предпочитает стандартную модель слияния двойных черных дыр, он не является достаточно значимым, чтобы исключить возможность того, что модель эха червоточины является жизнеспособной гипотезой для события GW190521», — пишут они. Анализ других коротких сигналов гравитационных волн потенциально может подтвердить эти результаты.