Обсерватория LIGO могла найти не черные дыры, а "кротовые норы"

Гравитационные волны, открытые детекторами обсерватории LIGO, могли возникнуть не в ходе слияний черных дыр, а в результате "схлопывания" так называемых кротовых нор, тоннелей в ткани пространства-времени, заявляют физики в статье. 

"Особое "дрожание", возникающее на последних стадиях слияния черных дыр, постепенно исчезает, если у порожденного ими объекта есть горизонт событий. В том случае, если его не существует, как у "кротовых нор", то эти колебания не исчезают полностью – они вызывают своеобразное эхо, серию всплесков, похожих на то, как если бы мы крикнули в колодец", — рассказывает Пабло Буэно (Pablo Bueno) из Католического университета Лёвена (Бельгия).

Детектор гравитационных волн LIGO был построен в 2002 году по проектам и планам, которые были разработаны Кипом Торном, Райнером Вайссом и Рональдом Древером в конце 80 годов прошлого века. На первой стадии своей работы, длившейся 8 лет, LIGO не удалось обнаружить "эйнштейновские" колебания пространства-времени, после чего детектор был отключен и последующие 4 года ученые потратили на его обновление и повышение чувствительности.

Эти усилия оправдали себя – в сентябре 2015 года, фактически сразу после включения обновленного LIGO, ученые обнаружили всплеск гравитационных волн, порожденных сливающимися черными дырами общей массой в 53 Солнца. В 2016 году российские и зарубежные участники проекта открыли еще два следа слияния черных дыр, а в прошлом году – два других подобных события и всплеск, рожденный слиянием нейтронных звезд.

Необычно большая масса этих объектов, а также некоторые другие их свойства заставили Буэно и его коллег задуматься о том, были ли они на самом деле черными дырами. Дело в том, что теория относительности и ее расширения допускают, что аналогичные гравитационные волны могут возникать в результате коллапса или слияния других экзотических объектов, таких как "кротовые норы".

Так ученые называют своеобразные "тоннели", связывающие две точки, расположенные в разных регионах пространства или времени. Для того, чтобы такой канал в структуре пространства-времени мог существовать, необходима некая экзотическая форма материи, которая обладала бы отрицательной плотностью энергии, или объект, похожий на черную дыру по размерам и массе.

Эти объекты, как объясняют Буэно и его коллеги, будут обладать одним "плюсом" по сравнению с черными дырами – у них не будет горизонта событий, чье существование пока крайне сложно объяснить в рамках квантовой физики. Его отсутствие, как давно предполагают физики, поменяет поведение гравитационных волн, порождаемых "кротовыми норами".

Авторы статьи раскрыли эти изменения и попытались найти их в данных, собранных LIGO, создав компьютерную модель подобного пространственного тоннеля. Как показали эти расчеты, первичный всплеск гравитационных волн, порожденных черной дырой или "кротовой норой", фактически полностью совпадает, из-за чего отличить их друг от друга на этой стадии невозможно. 

С другой стороны, подобные различия возникают на последней стадии этого космического катаклизма, который астрономы называют "дрожанием" (ringdown). Как правило, подобное гравитационное "эхо" достаточно быстро исчезает при наблюдениях за черными дырами благодаря тому, что ее горизонт событий помогает ей быстро избавиться от этих колебаний.

Этого не происходит в случае с "кротовыми норами" – они продолжат периодически испускать всплески гравитационных волн со строго определенным спектром и силой. Подобное эхо, как отмечают ученые, будет существовать в десятки раз дольше, чем первичная вспышка колебаний пространства-времени, но при этом оно будет заметно слабее по силе.

Пока, как признает Буэно, следы такого "гравитационного эхо" в данных с LIGO отсутствуют, однако обновление детекторов обсерватории, запланированное на этот год, может дать ей возможность "увидеть" эти слабые, но чрезвычайно важные для ученых сигналы, которые помогут им примирить теорию относительности и квантовую физику..