Гравитационните вълнови детектори скоро биха могли да разкрият намеци за нова физика, основавайки се на екзотичните компактни обекти.
В дълбините на Вселената могат да съществуват странни подобни на черни дупки обекти със силата да предефинират физиката такава, каквато я познаваме. Ново проучване прогнозира, че през следващите години обсерваториите на гравитационни вълни могат да открият тези хипотетични странни „топки“, които са известни като екзотични компактни обекти.
Базираната в САЩ лазерна интерферометрова гравитационно-вълнова обсерватория (LIGO) и нейният европейски аналог Дева, са построени, за да улавят вълни в тъканта на пространство-времето, излъчвани от масивни обекти като черни дупки и неутронни звезди, които се разбиват заедно. И все пак винаги има шанс учените да се сблъскат с нещо неочаквано.
„Не можем да бъдем толкова наивни, за да предположим, че знаем всичко, което е там“, заяви Луис Лонго, физик във Федералния университет ABC в Сао Пауло, Бразилия, пред Live Science. Изследователите в продължение на много години анализират възможностите на екзотичните компактни обекти и се опитват да определят как биха изглеждали на детектора на гравитационните вълни, добавя Лонго.
Терминът „екзотичен компактен обект“ обхваща множество различни теоретични единици. Сред възможностите са гравастарите, които биха изглеждали доста подобно на обикновена черна дупка, но биха били изпълнени с тъмна енергия, мистериозно вещество, причиняващо ускореното разширяване на Вселената. Друг компактен обект, който би могъл да се спотайва във Вселената, е фузбол, подобен на черна дупка възел от фундаментални едномерни струни, предложен в теорията на струните, който се опитва да обедини и замени досега приетите теории във физиката.
Нещото, което свързва екзотичните компактни обекти е, че за разлика от черна дупка, те трябва да нямат регион, известен като хоризонт на събитията, казва Лонго. Според теорията на относителността на Алберт Айнщайн хоризонтът на събитията е сфера, заобикаляща черна дупка, отвъд която всяко пътуване става еднопосочно. Обектите могат да се плъзгат в хоризонта на събитията, но нищо не може да излезе от него – дори светлина.
Но учените знаят, че теорията на относителността на Айнщайн един ден ще трябва да бъде заменена. Въпреки че теорията е изключително успешна в описването на гравитацията и масивните космически обекти, тя не казва нищо за поведението на субатомните частици. За това физиците се обръщат към квантовата механика.
Надеждата е в крайна сметка да има теория на квантовата гравитация, която да замества както относителността, така и квантовата механика. Екзотични компактни обекти, които биха били като черна дупка, но им липсва хоризонт на събитията, биха могли да помогнат като предоставят необходимата информация, за да започнат да изграждат тази бъдеща теория.
„Те ще прекъснат общата теория на относителността, защото няма да доведат до една от ключовите прогнози“, каза Лонго, позовавайки се на хоризонта на събитията. „В този смисъл бихме тествали теорията за гравитацията на Айнщайн.“
Тъй като две черни дупки се разбиват и сливат, те се въртят една около друга, изкривяват пространство-времето и изпращат гравитационни вълни, които могат да бъдат хванати от детекторите на LIGO на Земята. След като се срещнат, хоризонтът на събитията предотвратява изтичането на допълнителни вълни навън, обяснява Лонго.
Но тъй като на екзотичните компактни обекти липсва хоризонт на събитията, някои гравитационни вълни могат да паднат навътре към центъра на обекта и след това да отскочат, създавайки гравитационно ехо, което изтича навън, добави той. Това ехо е твърде слабо за LIGO и Virgo, за да могат да го открият в момента, но сега съоръженията се надграждат за повишена чувствителност, а към тях се присъедини и Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) в Япония, който започна да функционира миналата година.
Лонго и колегите му са изчислили, че по време на следващото наблюдение на детекторите на гравитационна вълна, което трябва да започне през лятото на 2022 г., LIGO и другите детектори могат да бъдат достатъчно чувствителни, за да вземат сигнала от един или два екзотични компактни обекта, ако те съществуват . Лонго представи констатациите на своя екип на срещата на Американското физическо общество тази седмица.
Други изследователи искат да видят дали подобен сценарий може да се развие в близко бъдеще. „В момента изглежда като научна фантастика“, казва пред Live Science Витор Кардозо, физик от Института на висшето техническо училище в Лисабон, Португалия, „но бързо преминава от научна фантастика към утвърдена наука.“
Кардозо очаква екзотичните компактни обекти да се окажат повече от спекулации. „Мразим да виждаме това, което очакваме“, каза Кардосо. „Мразим скучната наука.“
Въпреки това, дори ако LIGO открие ехо, все пак вероятно ще отнеме много време, преди научната общност да потвърди, че те наистина сочат към тези хипотетични странни екзотични обекти, добавя той.
Лонго също би се радвал, ако обсерваториите успеят да разкрият някои доказателства за екзотични компактни обекти. „Това ще бъде първият намек за разбиването на общата теория на относителността“, каза той. „Това би било огромен пробив и изключително вълнуващо събитие.“
