Червоточины раскрыли свою тайну: новый сигнал GW190521 изменил всё

В сентябре 2015 года человечество впервые услышало звук самой Вселенной — гравитационные волны, предсказанные Альбертом Эйнштейном. С тех пор детекторы LIGO и Virgo зарегистрировали почти сотню подобных сигналов — "эхо" от столкновений чёрных дыр и нейтронных звёзд. Но среди всех этих событий одно выделяется своей таинственностью — GW190521, обнаруженное 21 мая 2019 года. Оно длилось меньше секунды, не имело привычной "музыки" слияния и поставило под сомнение представления учёных о происхождении чёрных дыр.

Теперь физики из Университета Китайской академии наук предложили гипотезу, звучащую как сюжет фантастического фильма: возможно, этот сигнал пришёл из другой Вселенной - через червоточину.

Когда Вселенная заговорила

Типичное слияние двух чёрных дыр выглядит как трёхактная симфония.

1. Сначала — спиральная фаза, когда объекты кружат друг вокруг друга, постепенно ускоряясь. Частота сигнала растёт, словно свист ветра.

2. Затем — всплеск, момент столкновения, короткий, но мощный.

3. И наконец — затухающие колебания, когда новообразованная чёрная дыра "звенит" как ударенный колокол.

Событие GW190521 не следовало этому сценарию. Его сигнал состоял только из одного короткого всплеска, без характерного "свиста" сближения. Это заставило физиков искать объяснение: либо это нечто совершенно иное, либо мы видим новую разновидность столкновений.

"Мы наблюдали лишь последний удар, без вступления. Это само по себе необычно для классических слияний чёрных дыр", — отметили участники проекта LIGO.

Проблема слишком тяжёлых звёзд

По официальной версии, GW190521 — это слияние двух крайне массивных чёрных дыр. Однако расчёты показали, что их масса превышала допустимый диапазон, в котором звёзды могут коллапсировать обычным способом. Получалось, что такие объекты не должны были вообще существовать.

Такое несоответствие дало почву альтернативным гипотезам: от первичных чёрных дыр, сформированных вскоре после Большого взрыва, до экзотических объектов, вроде бозонных звёзд и даже кротовых нор.

Червоточина — туннель между мирами

Согласно общей теории относительности, червоточина (или кротовая нора) - это гипотетический туннель, соединяющий два удалённых участка пространства-времени или даже две разные вселенные.
Её "горловина" — область, через которую могут проходить волны и частицы, если туннель стабилен.

Исследователи Ци Лай и Юнь-Сун Пяо предположили, что в другой вселенной (Вселенной А) произошло слияние двух чёрных дыр, и остаток этого столкновения стал червоточиной.
Эта червоточина начала вибрировать, излучая гравитационные волны. Часть этих колебаний распространилась в её родной вселенной, а часть прошла через горловину — в нашу Вселенную (В).

"Мы могли уловить не само столкновение, а лишь эхо его последнего колебания, прорвавшегося сквозь барьер между мирами", — поясняют авторы.

Как сигнал прошёл через "зеркало пространства"

На границе червоточины находится фотонная сфера - зона, где свет и гравитационные волны могут отражаться и закручиваться. Она действует как природное зеркало.
Большинство колебаний отражается обратно, но небольшая часть энергии способна проскользнуть наружу — именно этот слабый импульс и мог зафиксировать LIGO в 2019 году.

Таким образом, GW190521 можно рассматривать как эхо чужой катастрофы, произошедшей по ту сторону Вселенной.

Математика, подтверждающая фантастику

Чтобы проверить идею, учёные создали математическую модель сигнала, который могла бы испустить вибрирующая червоточина. Они смоделировали его как короткий гауссовский импульс — одиночный пик с плавными границами — и сравнили с реальными данными трёх детекторов:
Хэнфорда (H1), Ливингстона (L1) и Вирго (V1).

Результаты оказались удивительными: обе модели подходили к наблюдениям одинаково хорошо. С точки зрения статистики, вероятность червоточинного сигнала была не меньше, чем вероятность традиционного столкновения.

Байесовский анализ: ничья между теориями

Чтобы определить, какая гипотеза ближе к истине, учёные применили байесовский фактор - метод, который сравнивает правдоподобие разных моделей.
Результат оказался неоднозначным: стандартная модель слияния чёрных дыр слегка предпочтительнее, но разница статистически незначима.

"Байесовский коэффициент не позволяет отвергнуть гипотезу о червоточине. Существующие данные допускают обе интерпретации", — говорится в выводах статьи.

А что если мы слышим другие миры?

Если гипотеза верна, то гравитационные волны могут стать новым каналом связи между вселенными. Это радикально меняет представление о структуре космоса: Вселенная может быть многослойной, а гравитация — единственной силой, способной "просачиваться" между слоями.

Однако для подтверждения нужны новые события. Удивительно, но в ноябре 2023 года детекторы зафиксировали ещё один короткий импульс — GW231123, по форме напоминающий GW190521. Его анализ уже ведётся, и если характеристики совпадут, это станет серьёзным аргументом в пользу межвселенских "эхо".

Плюсы и минусы гипотезы о червоточинах

FAQ

Что такое GW190521?
Это гравитационно-волновое событие, зарегистрированное 21 мая 2019 года. Сигнал длился менее 0,1 секунды и не имел привычной структуры.

Почему оно необычно?
Его масса и форма сигнала не укладываются в стандартные модели звёздных слияний.

Что такое червоточина?
Теоретический туннель в пространстве-времени, соединяющий две точки или разные вселенные.

Подтверждает ли это существование параллельных миров?
Нет. Это лишь гипотеза, которая пока не противоречит наблюдениям.

Как учёные могут это проверить?
Путём анализа новых коротких сигналов и моделирования гравитационных "эхо" на более чувствительных детекторах, включая будущую обсерваторию LISA.

Мифы и правда

Миф: GW190521 — доказательство существования кротовых нор.
Правда: Это лишь одна из интерпретаций; пока нет убедительных доказательств.

Миф: Гравитационные волны можно использовать для путешествий.
Правда: Они фиксируют движение массивных объектов, но не переносят материю.

Миф: Все гравитационные сигналы одинаковы.
Правда: Каждый имеет уникальную форму, отражающую происхождение события.

3 интересных факта

1. Волны GW190521 длились всего 0,1 секунды - в 20 раз короче, чем у типичных слияний.

2. Массив новой чёрной дыры, образовавшейся (если модель верна), стал первым подтверждённым примером промежуточной чёрной дыры.

3. Гравитационные волны несут энергию, эквивалентную взрыву нескольких солнечных масс за доли секунды.

Исторический контекст

• 1916 - Альберт Эйнштейн предсказывает существование гравитационных волн.

• 2015 - LIGO впервые фиксирует их напрямую.

• 2019 - загадочное событие GW190521.

• 2023 - обнаружен аналогичный сигнал GW231123.

• 2030-е - запуск космической гравитационной обсерватории LISA для поиска подобных аномалий.

Исследователи планируют усовершенствовать модели "эхо" червоточин, добавив физические параметры, такие как спин, плотность и устойчивость туннеля. Новые детекторы позволят различать слабые сигналы и, возможно, наконец ответить на вопрос:
слышим ли мы Вселенную — или эхо другой?