Общая теория относительности известна своим удивительным предсказательным потенциалом: черные дыры и гравитационные волны, например, были теоретически предсказаны за десятилетия до их фактического обнаружения. Теперь же работа специалистов из CONICET и Национального университета Ла-Платы (UNLP), опубликованная в научном журнале The European Physical Journal C, выявила астрофизическое явление, которое может помочь подтвердить существование другого типа объектов, предсказанных теорией Альберта Эйнштейна, — червоточин.

Червоточины представляют собой мосты в пространстве и времени, соединяющие два удалённых друг от друга участка Вселенной, словно своего рода короткий путь. Эти объекты стали популярными благодаря кино и научной фантастике. Например, в фильме Интерстеллар группа астронавтов быстро перемещается из одной точки Вселенной в другую через червоточину, находящуюся рядом с Сатурном, в поисках пригодной для жизни планеты.

«Червоточина — это не «бесконечная яма» в пространстве, а туннель, который можно пересечь и который соединяет разные регионы Вселенной. В отличие от черных дыр, мы не знаем, существуют ли они в природе. Мы знаем только, что существуют решения уравнений общей теории относительности, которые описывают, какими могли бы быть эти объекты. Уже более 30 лет физики пытаются определить, какие астрофизические проявления они могли бы иметь в случае существования. Иными словами, какие явления они могли бы порождать во Вселенной. В нашем исследовании мы предлагаем способ их обнаружения, если они действительно существуют», — объясняет Густаво Ромеро, один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник CONICET и директор Аргентинского института радиоастрономии (IAR, CONICET-CIC-UNLP).

Разработка аргентинской группы

Новое исследование Ромеро, исследовательницы CONICET Даниэлы Перес и выпускника астрономии Милоша Эртола Уртубея (также из IAR) позволило выявить новый аспект червоточин. «По сути, мы показали, что если червоточина вращается вокруг своей оси (как это делают почти все астрофизические объекты), она увлекает за собой окружающие магнитные поля, создавая поток электромагнитной энергии, который можно использовать для её обнаружения», — объясняет Ромеро.

Он добавляет: «Этот поток электромагнитной энергии фокусируется вдоль оси вращения, образуя два струйных выброса, выходящих из объекта. Это явление похоже на процессы, происходящие в активных ядрах галактик и квазарах, но имеет некоторые отличия».

Даниэла Перес уточняет: «Электромагнитный поток, связанный с этим типом червоточин, сопоставим с потоками, создаваемыми быстро вращающимися черными дырами. В этом исследовании мы основывались на идее, что черные дыры вращаются, а пространство-время вокруг них искривляется особым образом. Когда черная дыра вращается, пространство-время вращается вместе с ней. В результате окружающие магнитные поля также закручиваются и в конечном итоге выбрасываются наружу».

Она продолжает: «Тогда мы задали себе вопрос: какие ещё объекты во Вселенной могут оказывать аналогичный эффект на пространство-время? Мы знали, что пространство вокруг червоточин также вращается. Мы решили проверить, может ли механизм излучения электромагнитных потоков быть применим и к ним. Ответ оказался положительным».

Новое исследование открывает широкие возможности для изучения червоточин и их взаимодействия с окружающей средой. Авторы работы разработали аналитические и численные расчёты, позволяющие определить величину электромагнитного потока для различных параметров, характеризующих геометрию червоточин.

До сих пор изучались в основном гравитационные линзовые эффекты, которые червоточины могут оказывать на звёзды и фоновые объекты. Это направление исследований развивается в Аргентине уже более 25 лет усилиями Ромеро и Эрнесто Эйроа из Института астрономии и физики космоса (IAFE, CONICET-UBA). Также изучалось, как материя ведёт себя при падении в червоточины, чем занимались Перес и Ромеро.

Новое открытие специалистов CONICET и UNLP открывает двери для новых методов поиска червоточин во Вселенной и изучения их возможных астрофизических проявлений.

«Разные исследовательские группы на протяжении многих лет пытаются выявить определённые наблюдаемые признаки, которые позволили бы обнаружить эти объекты. В нашем исследовании мы предложили инструмент, который может оказаться полезным для их обнаружения», — отмечает Перес. Она добавляет: «Расширение знаний о Вселенной помогает исследовать границы современных физических теорий».

Ромеро, в свою очередь, заключает: «Независимо от того, существуют ли червоточины в реальности или нет, изучение их свойств помогает понять природу пространства, времени и гравитации. Более 30 лет назад лауреат Нобелевской премии по физике Кип Торн и его коллеги показали, что, если червоточины существуют, они могут соединять не только удалённые области пространства, но и разные моменты времени».