За минулі кілька років у фізиці було зроблено безліч важливих наукових відкриттів. У 2012 році фізики Європейської організації ядерних досліджень CERN виявили бозон Хіггса , пошуки якого велися протягом 50 років, в минулому році вперше були зареєстровані гравітаційні хвилі , існування яких було обгрунтовано з теоретичної точки зору більш 100 років тому. А в цьому році вчені націлилися на отримання першого прямого знімка чорної діри. І група вчених з області теоретичної фізики спробувала об’єднати в рамках нової божевільною теорії все найостанніші ідеї, знання і припущення. А звучить все це в такий спосіб – темна матерія , яку випромінює чорними дірами за допомогою гравітаційних хвиль.
Після того, як вчені експерименту LIGO виявили гравітаційні хвилі, коливання просторово-часового континууму, породжені самими високоенергетичними подіями у Всесвіті, вони задумалися про природу їх походження. І, згідно з новою теорії, джерелом гравітаційних хвиль є частинки, з яких може складатися темна матерія, на частку якої припадає понад 80 відсотків від загальної кількості матерії у Всесвіті.
“Зараз ми будемо намагатися використовувати чорні діри, найщільніші і компактні об’єкти у Всесвіті, для пошуків частинок нового виду” – розповідає Маша Баріяхтар (Masha Baryakhtar), вчений з Інституту теоретичної фізики (Perimeter Institute for Theoretical Physics), Канада, – “А особливо нас цікавить одна частинка – аксіон, яку ми шукали протягом останніх 40 років і яка є одним з головних кандидатів на звання частинки темної матерії “.
Як відомо, чорні діри є свого роду гравітаційними колодязями, настільки сильними, що ні матерія і ні електромагнітне випромінювання, включаючи світло, не можуть вирватися з пастки, пройшовши кордон так званого горизонту подій. У процесах, що відбуваються в безпосередній близькості від чорних дір, беруть участь величезні кількості енергії, яка є джерелом виникнення гравітаційних хвиль.
Але з точки зору нової теорії, чорні діри є чимось більшим, ніж простими гравітаційними колодязями. Вони є свого роду ядрами величезних “гравітаційних атомів”, а роль електронів в цьому випадку грають Аксион, частинки, маса яких менша за масу електрона в мільярд мільярдів раз. Наявність навколо чорної діри ореолу зі звичайної матерії, розігрітій до надвисоких температур, не має ніякого значення в цих процесах, адже Аксион не взаємодіють зі звичайною матерією ні через сили тертя, ні через електромагнетизм.
Обертання чорної діри, що знаходиться в центрі гравітаційного “атома”, призводить до спотворення прилеглого до неї простору, що в свою чергу, призводить до виникнення великої кількості аксионів. В результаті цього ефекту, який отримав назву суперсвеченія, в околицях чорної діри може виникнути до 10 ^ 80 аксионів, що можна порівняти з кількістю звичайних атомів у всьому Всесвіті.
Аксион, що обертаються навколо чорної діри, подібно електронам в атомі, можуть переходити на більш високий або на більш низький енергетичний рівні, поглинаючи енергію чорної діри або втрачаючи свою власну енергію. Так як Аксион мають гравітаційну природу, то і віддається ними енергія виділяється у вигляді гравітаційних хвиль. Гравітаційні хвилі, породжені коливаннями величезної кількості аксионів, мають не дуже велику амплітуду, зате вони мають дуже чітку частоту, подібну спектральним лініях хімічних елементів, знайомим нам зі шкільного курсу хімії.
На жаль, нинішні гравітаційні датчики, LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) і Virgo, ще не в змозі реєструвати гравітаційні хвилі, породжувані аксионів біля чорних дір. Однак, ці інструменти піддаються постійної модернізації і через деякий час їх чутливості стане досить для виявлення слабких гравітаційних хвиль, які стануть доказом факту існування аксионів. При цьому, вчені, як і раніше, будуть приділяти велику увагувипадкам зіткнень чорних дір . Під час таких зіткнень ефект суперсвеченія посилюється багаторазово і його можна зареєструвати навіть за допомогою вже наявних інструментів у вигляді певного способу в зібраних даних.
Однак, у новій теорії, як і в будь-який інший теорії, є кілька “дірок”. Згідно з даними теоретичних розрахунків, гравітаційні “атоми” з чорними дірами, здатні виробляти Аксион тільки з певним значенням маси-енергії, яка не відповідає масі аксионів, які є кандидатами на частинки темної матерії. Другим “вузьким місцем” нової теорії є те, що вона не бере до уваги потенційний вплив один на одного чорних дір незадовго до моменту зіткнення, а це вплив, з точки зору деяких учених, робить досить сильний вплив на що відбуваються перед і під час зіткнення процеси .
Закрити ці “дірки” в теорії допоможуть тільки безпосередні спостереження за реальними подіями. “Чутливість існуючих гравітаційних інструментів тільки починає наближатися до кордону необхідного для цього діапазону” – розповідає Маша Баріяхтар, – “І незабаром ми зможемо почати реєструвати перші сигнали, які будуть складатися з однієї або декількох тисяч накласти один на одного певним чином” Аксион гравітаційних “сигналів, які є свого роду звуком гулу, видаваного гравітаційним атомом чорної діри”.
“Завдяки появі нових інструментів типу LIGO ми тільки починаємо вникати в абсолютно нові галузі фізики” – розповідає Прескод-Вайнштейн (Prescod-Weinstein), – “І за наступні 10 років нас чекає низка гучних і важливих відкриттів в цих нових областях, які зможуть послужити підтвердженням або спростуванням нашої нової теорії “.
