Йэн Стюарт - Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

Моттола и Мазур, столкнувшись с этими проблемами, заинтересовались, нельзя ли разрешить их при помощи правильного квантового подхода. Когда коллапсирующая звезда приближается к образованию горизонта событий, она создает мощнейшее гравитационное поле. Это поле искажает квантовые флуктуации пространства-времени и порождает другой тип квантового состояния, схожий с гигантским «суператомом» (специальный термин: конденсат Бозе — Эйнштейна). Это скопление идентичных атомов, находящихся в одном и том же квантовом состоянии, при температуре, близкой к абсолютному нулю. Горизонт событий становится тогда тонкой оболочкой гравитационной энергии, похожей на ударную волну в пространстве-времени. Эта оболочка оказывает отрицательное (то есть направленное наружу) давление, так что вещество, упавшее внутрь ее, развернется и поднимется обратно к оболочке. Однако вещество снаружи будет по-прежнему всасываться внутрь.

С математической точки зрения гравастары имеют смысл: это стабильные решения эйнштейновских уравнений поля. Они помогают обойти информационный парадокс. Физически они заметно отличаются от черных дыр, хотя снаружи и выглядят одинаково: как внешняя метрика Шварцшильда. Предположим, что коллапсирует звезда массой 50 солнечных. В традиционном варианте получается черная дыра 300 километров в поперечнике, которая будет испускать хокинговское излучение. По альтернативной теории получается гравастар того же размера, но его оболочка имеет толщину всего 10↑ –35метра, температура составляет 10 миллиардных долей кельвина, и он не излучает вообще ничего. (Холли это понравилось бы.)

Гравастары являются возможным объяснением еще одного загадочного явления: гамма-барстеров. Время от времени небо «освещается» вспышкой высокоэнергетических гамма-лучей. Обычная теория состоит в том, что эти объекты представляют собой сталкивающиеся нейтронные звезды или черные дыры, формирующиеся во время взрыва сверхновой. Другая возможность — рождение гравастара.

Еще более гипотетически, внутренность гравастара с масштабом в нашу Вселенную тоже испытывала бы отрицательное давление, которое разгоняло бы вещество в направлении горизонта событий, то есть от центра. Расчет показывает, что этот разгон примерно соответствует ускоренному расширению Вселенной, которое обычно относят на счет темной энергии. Может быть, наша Вселенная на самом деле представляет собой внутренность громадного гравастара?

Среди предсказаний Эйнштейна, сделанных более столетия назад, было существование гравитационных волн, порождающих в пространстве-времени рябь, как на поверхности пруда. Если два массивных тела, таких как черные дыры, стремительно носятся друг вокруг друга, они производят возмущения в космическому пруду и порождают заметную рябь. В феврале 2016 года ученые из программы обсерватории гравитационных волн LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) объявили об обнаружении гравитационных волн, вызванных слиянием двух черных дыр. Инструменты LIGO представляют собой пару четырехкилометровых труб, выставленных под прямым углом в форме буквы L. Лазерные лучи ходят вдоль труб, многократно отражаясь, и интерферируют друг с другом в месте перегиба L. Если проходит гравитационная волна, длины труб чуть меняются, и это влияет на интерференционную картину. Установка может зарегистрировать сдвиг на одну тысячную размера протона.

Сигнал, зарегистрированный LIGO, соответствует релятивистскому предсказанию для спирального сближения и столкновения между двумя черными дырами с массами 29 и 36 масс Солнца. Этот результат открывает новую эру в астрономии: LIGO — первый успешный гравископ, наблюдающий космос посредством гравитации, а не света.

Это замечательное гравитационное открытие не дает никакой информации о наиболее спорных квантовых свойствах, отличающих традиционные черные дыры от их гипотетических альтернатив, таких как «пушистый шар», файервол или гравастар. Зато его потомки, вынесенные в космос, смогут увидеть не только столкновения черных дыр, но и менее яростные слияния нейтронных звезд; по идее, они должны помочь нам разгадать эти загадки. Между тем LIGO выявил новую загадку: короткий всплеск гамма-излучения, связанный, судя по всему, с зарегистрированной им гравитационной волной. Существующие теории слияния черных дыр этого не предсказывают [75] В октябре 2017 г. пришло сообщение об одновременном детектировании на трех установках всплеска гравитационного излучения, продолжавшегося около 100 с, связанного со слиянием двух нейтронных звезд в одной из галактик. Его также удалось отождествить по оптической и гамма-вспышке, сопровождавшими это событие. — Прим. ред. .