Niektóre czarne dziury mogą nie być czarnymi dziurami? Równania Friedmanna a GEODE

| Astronomia/fizyka
NASA

Jeśli to, co uznawaliśmy za czarne dziury jest w rzeczywistości obiektami nieposiadającymi osobliwości, wówczas przyspieszające rozszerzanie wszechświata jest naturalną konsekwencją Einsteinowskiej ogólnej teorii względności, mówi Kevin Croker z Uniwersytetu Hawajskiego. Croker i jego kolega opublikowali na łamach Astrophysical Journal artykuł, w którym stwierdzają, że niektóre obiekty uznawane obecnie za czarne dziury, mogą nie być czarnymi dziurami, ale obiektami pełnymi ciemnej energii.

Kevin Croker i emerytowany profesor matematyki Joel Weiner nie zajmowali się badaniem czarnych dziur. Przyglądali się równaniom Friedmanna, które zostały przez ich twórcę wywiedzione z teorii Einsteina. Fizycy wykorzystują te równania do opisu rozszerzania się wszechświata, gdyż za ich pomocą łatwiej jest prowadzić obliczenia. Naukowcy zauważyli, że aby poprawnie zapisać równania Friedmanna, ultragęste izolowane obiekty we wszechświecie, takie jak gwiazdy neutronowe czy czarne dziury muszą być – z matematycznego punktu widzenia – traktowane jak cała reszta. Dotychczas kosmolodzy uważali, że w obliczeniach należy pomijać szczegóły dotyczące tych obiektów.

Wykazaliśmy, że istnieje tylko jeden prawidłowy sposób na tworzenie tych równań. A jeśli zrobi się to w ten sposób, można dojść do bardzo interesujących wniosków, mówi Croker.

Z obliczeń wynika, że cała ciemna energia, potrzebna do przyspieszania rozszerzania się wszechświata, może znajdować się w obiektach uznawanych obecnie za czarne dziury. Co więcej wykazali, że te alternatywy dla czarnych dziur – nazwane Generycznymi Obiektami Ciemnej Energii (GEODE – Generic Objects of Dark Energy) – pozwalają również wyjaśnić pewne cechy fal grawitacyjnych.

Wyliczenia, dokonane przez Crokera i Weinera wykazały, że GEODE, ultragęste obiekty pełne ciemnej energii, ale niezawierające osobliwości, zyskują masę wyłącznie przez to, że wszechświat się rozszerza. Ich masa zwiększa się, nawet gdy w pobliżu nie ma materii, którą mogłyby wchłonąć. Tak, jak światło podróżujące przez rozszerzający się wszechświat traci energię, co widzimy w postaci przesunięcia w podczerwieni, tak i materia traci masę w miarę rozszerzania się wszechświata. Zwykle efekt ten jest zbyt słaby, by go zauważyć. Jednak w ultragęstych środowiskach, wewnątrz których panuje niezwykle wysokie ćiśnienie, mamy do czynienia z materiałem relatywistycznym, a tam efekt utraty masy przez materię jest zauważalny. Ciemna materia jest relatywistyczna i panujące wewnątrz niej ciśnienie działa inaczej niż na materię czy światło. Zatem obiekty zbudowane z ciemnej energii, jak GEODE, z czasem zyskują masę.

Hipoteza dotycząca GEODE pojawiła się w latach 60. ubiegłego wieku, ale dopiero ostatnio opracowano metody matematyczne, pozwalające badać te obiekty. Dzięki pracy Crokera i Weinera wydaja się, że za ich pomocą w prosty sposób można wyjaśnić pewne zjawiska zaobserwowane podczas rejestracji fal grawitacyjnych pochodzących z połączenia dwóch czarnych dziur. Gdy LIGO po raz pierwszy wykrył fale grawitacyjne wyliczono, że pochodzą one z połączenia czarnych dziur o masach 29 i 36 mas Słońca. Tymczasem naukowcy spodziewali się innych mas.

Jednak GEODE, w przeciwieństwie do czarnych dziur, zyskują z czasem masę. Uformowane w młodym wszechświecie GEODE mogły z czasem zyskać na masie i to właśnie one mogły się zderzyć, co zostało zaobserwowane przez LIGO. Wyjaśnienie takie jest znacznie prostsze niż przyjęcie, że mieliśmy do czynienia z czarnymi dziurami o takich, a nie innych masach.

Nie wszyscy są przekonani do twierdzeń Crokera i Weinera. Profesor fizyki Vitor Cardoso z Instituto Superior Tecnico w Lizbonie mówi, że zaprezentowany opis GEODE jest sprzeczny z intuicją i trudny do przyjęcia. Dodaje przy tym: podoba mi się pomysł znalezienia alternatyw dla czarnych dziur. To zmusi nas to wzmocnienia teorii opisującej czarne dziury. Poza tym, jeśli nie będziemy takiej alternatywy szukali, to nigdy jej nie znajdziemy.

Badania opisano w artykule Implications of Symmetry and Pressure in Friedmann Cosmology. I. Formalism

Autor:

Źródło: Live Science

GEODE czarna dziura ciemna energia równanie Friedmanna