Як формуються чорні діри — науковці пояснили механізм функціонування кристалів простору-часу

Дослідники вперше математично описали цей процес.

Науковці з Університету імені Гете у Франкфурті та Віденського технічного університету (TU Wien) стверджують, що мікроскопічні чорні діри можуть виникати, коли структура простору і часу, що об’єднується в чотиривимірну сутність, відома як «простір-час», переживає критичний колапс і формує правильну кристалоподібну конфігурацію. Ця концепція не є новою, але в даному дослідженні вчені вперше математично охарактеризували цей процес, повідомляє Space.com.

Чорні діри виникають внаслідок катастрофічних подій, таких як вибухи наднових з колапсом ядра або злиття вже існуючих чорних дір. Такі події викликають «дзвін» простору-часу через гравітаційні хвилі, які можна «чути» на відстані мільйонів і навіть мільярдів світлових років. Дослідники вважають, що для ініціювання цих процесів достатньо невеликого поштовху.

«Іноді, здавалося б, незначна причина може призвести до величезних і драматичних змін. Ці мікроскопічні чорні діри формуються, якщо у вас є кристал простору-часу, і ви вводите в нього дуже малу кількість енергії — приблизно так само, як це відбувається, коли ви струшуєте переохолоджену воду, щоб вона кристалізувалася», — зазначив Даніель Грюміллер з Віденського технічного університету.

Він також пояснив, що коли рідка вода досягає точки замерзання, для того, щоб молекули води спонтанно вишикувалися в правильному порядку й утворили кристал льоду, потрібна лише незначна зміна. Навіть найменша зміна в структурі простору-часу може призвести до формування повторюваного візерунка, в результаті чого виникає кристал простору-часу, вважають дослідники. Це може запустити процес критичного колапсу.

У своїй загальній теорії відносності Ейнштейн припустив, що частинки маси викликають викривлення самої тканини простору-часу. Це означає, що коли частинки переміщуються в просторі-часі, вони впливають на саму структуру простору-часу.

«Ми стверджуємо, що простір-час викривляється під впливом маси. Великі об’єкти, такі як зірки, значно викривляють простір-час, наприклад, ми можемо спостерігати це, коли промені світла відхиляються масивними зірками. Але менші маси також викликають викривлення простору-часу, просто в меншій мірі», — зазначив Крістіан Еккер з Інституту теоретичної фізики Франкфуртського університету імені Гете.

Проте, оскільки мікроскопічні чорні діри гарячіші за свої астрофізичні аналоги, вони швидко «випаровуються» через теплове випромінювання, відоме як «випромінювання Гокінга», у холодний космос; ці кристали простору-часу у вигляді чорних дір швидко зникають.

«Цей кристал простору-часу — дуже унікальний і захоплюючий об’єкт. Це свого роду проміжний стан, нестабільна точка, яка може розвиватися в двох різних напрямках. Через деякий час почнеться нестабільність, і або кристали простору-часу розсіються у випромінювання, або колапсують у невелику чорну діру. У разі колапсу кристала в чорну діру він буде класично стабільним», — підкреслив Грюміллер.

Він також додав, що одним із несподіваних результатів цього дослідження стало те, наскільки простими виявилися математичні описи цього процесу при одночасному представленні рішень рівнянь загальної теорії відносності.

«Ми вперше представили рішення для просторово-часових кристалів у письмовій формі. До нашої роботи існували лише чисельні моделі, але не точні рішення рівнянь Ейнштейна. Ми були вражені тим, наскільки простими виявилися рішення, що вміщуються в кілька рядків і включають лише елементарні функції — це було абсолютно несподівано, з огляду на складність відповідних чисельних моделей, які вимагають тисяч годин обчислювальної обробки», — пояснив вчений.

Раніше дослідники з Університету Цінхуа в Пекіні повідомили, що змогли відтворити ключовий механізм так званого «розпаду помилкового вакууму» — одного з найтривожніших сценаріїв у сучасній теоретичній фізиці. Йдеться про гіпотетичний процес, який у теорії може призвести до руйнування Всесвіту.