Данная статья про модель гравитации STRUGA (μτ-approach): Scaling–Temporal Relativistic Universal Gravity Architecture, которую мы ранее рассматривали в статье.
Эта теория гравитации на сайтах Preprints.org и на Preprints.ru
Перед чтением этой статьи также желательно ознакомиться с логикой формирования гало Тёмной материи в STRUGA в статье и с механизмом зависимости параметров гало темной материи от спина вращения чёрной дыры в статье.
Введение
Вы когда-нибудь задумывались, что происходит, когда две галактики сливаются? Их центральные чёрные дыры — каждая массой в миллионы или миллиарды солнц — начинают медленно сближаться. Кажется, ничто не может им помешать. Но физики обнаружили подвох: на определённом расстоянии, примерно в 3 световых года (это называется «последний парсек»), они застревают. Словно два танцора, которые подошли слишком близко, но не могут сделать последний шаг. Звёзд и газа вокруг уже почти нет, чтобы трением сблизить их дальше, а гравитационные волны (рябь пространства-времени) ещё слишком слабы. По расчётам, они могли бы кружить друг вокруг друга миллиарды лет — дольше, чем существует Вселенная, — так и не слившись. Это и есть проблема последнего парсека.
В стандартной космологии эту проблему пытаются обойти экзотическими способами: нужен плотный газовый диск, или третья чёрная дыра, или особая форма галактики. Но всё это работает не всегда. Однако новая теория STRUGA предлагает удивительно простое и элегантное решение. И, что самое важное, оно использует тот же самый механизм, который объясняет тёмную материю, тёмную энергию и даже происхождение материи во Вселенной.
Невидимый «пушистый шарф» вокруг каждой чёрной дыры
Представьте, что каждая чёрная дыра — не просто чёрная дыра, а окружена огромным, очень разреженным, но невидимым «шарфом» из тёмной материи. В теории STRUGA этот шарф — не случайное облако, а неотъемлемая часть самой Чёрной дыры. Он возникает из-за того, что пространство имеет скрытый, «мнимый» слой, куда чёрная дыра «сбрасывает» часть своей массы, и эта масса возвращается в виде невидимого гало тёмной материи. Важная деталь: чем медленнее вращается чёрная дыра, тем массивнее этот шарф из тёмной материии. Быстрые чёрные дыры почти не имеют шлейфа, а медленные — утопают в нём, словно в густом тумане.
Плотность этого шарфа убывает с расстоянием довольно медленно. На расстоянии в несколько световых лет он ещё достаточно плотный, чтобы ощутимо влиять на движение. При этом он простирается на сотни тысяч световых лет. Получается, что у каждой чёрной дыры есть собственный «пушистый хвост», который тянется за ней в виде гало тёмной материи.
Когда две дыры встречаются, их «шарфы» переплетаются
Теперь представьте, что две чёрные дыры сближаются. Их невидимые шарфы тёмной материи начинают перекрываться. В области между дырами плотность тёмной материи становится очень высокой. Каждая дыра движется не в пустоте, а внутри густого (по космическим меркам) облака тёмной материи, которое создано ими же.
Это облако ведёт себя как вязкая жидкость. Когда дыры кружатся друг вокруг друга, каждая чёрная дыра «протаскивает» своё облако, и эти облака забирают у них часть энергии и вращательного момента. Возникает трение — но не обычное, а гравитационное трение о собственную тёмную материю. Это трение непрерывно замедляет движение дыр и заставляет их сближаться.
В обычной астрофизике такого трения нет, потому что тёмная материя распределена равномерно по всей галактике и не концентрируется вокруг каждой дыры. В STRUGA же она жёстко привязана к чёрным дырам, поэтому эффект работает всегда, без всяких дополнительных условий. Более того, чем медленнее вращались исходные дыры, тем массивнее их шарфы и тем сильнее трение. Следовательно, медленные чёрные дыры сливаются быстрее — это конкретное предсказание, которое можно будет проверить.
И ещё один козырь: «утечка» в скрытый мир
Но и это ещё не всё. В STRUGA есть второй, ещё более удивительный механизм. При сближении чёрных дыр поля, отвечающие за масштаб частиц и течение времени, сильно искажаются. Это открывает дополнительные «клапаны» в скрытый слой пространства. Часть энергии движения чёрных дыр уходит туда и уже не возвращается. Это похоже на то, как если бы вы крутили волчок на липком столе — часть энергии уходит в тепло, и волчок останавливается быстрее. В данном случае «тепло» — это энергия, которая навсегда покидает наш мир и уходит в скрытое измерение в гало тёмной материи.
Благодаря этим двум эффектам — трению о невидимые шарфы и утечке в скрытый мир — чёрные дыры теряют энергию гораздо быстрее, чем предсказывают стандартные модели. Вместо миллиардов лет им нужно всего несколько миллионов лет, чтобы преодолеть роковой рубеж в 3 световых года. То есть, сближение чёрных дыр на последнем парсеке ускоряется в сотни раз, а иногда и даже в десятки тысяч раз. А когда они сблизятся достаточно (до сотых долей светового года), вступает в силу обычное гравитационное излучение, и они сливаются уже за несколько лет.
Как это проверить? Космический детектор LISA
У этого решения есть конкретные наблюдательные последствия. Главное из них: слияния сверхмассивных чёрных дыр должны происходить гораздо чаще, чем предсказывает стандартная модель. Европейское космическое агентство готовит к запуску в 2030-х годах детектор гравитационных волн LISA. Он специально создан, чтобы ловить сигналы от слияний гигантских чёрных дыр. Если STRUGA права, LISA зарегистрирует десятки или сотни таких событий за время работы. Если же верна старая теория — их будет гораздо меньше, или они будут приходить с других расстояний.
Кроме того, уже сейчас астрономы находят пары чёрных дыр в центрах сливающихся галактик (например, в NGC 6240). Оценки их времени жизни до слияния по старым моделям часто превышают возраст Вселенной, что вызывает недоумение. STRUGA снимает это противоречие: если учесть трение о гало тёмной материи, время жизни сокращается до приемлемых величин.
Единый механизм: от микромира до космоса
Самое красивое в этом решении — что в теории STRUGA оно не притянуто за уши. Точно такие же «шарфы» из тёмной материи объясняют, почему галактики вращаются быстрее, чем должны (это и есть загадка тёмной материи). Те же самые «клапаны» в скрытый слой объясняют, почему Вселенная расширяется с ускорением (тёмная энергия). А скрученная форма пространства в STRUGA (напоминающая ленту Мёбиуса) объясняет, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии (барионная асимметрия). Даже квантовое туннелирование в процессорах наших телефонов работает по тому же принципу — микроскопические чёрные дыры, возникающие на мгновение, помогают электронам проходить сквозь барьеры.
Таким образом, проблема последнего парсека решается не отдельным изобретением, а побочным эффектом того же самого фундаментального механизма, который работает повсюду — от планковских масштабов до космологических расстояний.
Что это значит для науки?
Если STRUGA верна, то в ближайшие десятилетия мы станем свидетелями настоящей революции. LISA подтвердит повышенную частоту слияний, а будущие обсерватории (такие как «Эйнштейн-телескоп») смогут измерить, сколько массы уходит в тёмное гало при каждом таком слиянии. Мы сможем не только объяснить, почему чёрные дыры не застревают, но и использовать их слияния как зонд для изучения скрытого слоя пространства.
Проблема последнего парсека перестанет быть проблемой. Она станет ещё одним подтверждением того, что мы живём в удивительной Вселенной, где всё взаимосвязано — от вращения чёрной дыры до судьбы целых галактик. И теория STRUGA даёт нам ключ к пониманию этой грандиозной картины.