Писатели-фантасты любят червоточины, потому что они делают невозможное возможным, соединяя недоступные места. Войдите в одну из них, и она выплюнет вас обратно в другое место - как правило, удобное для сюжета. И независимо от того, насколько маловероятно, что эти экзотические родственники черных дыр существуют в реальности, они вызывают восхищение физиков по той же самой причине. Недавно некоторые из этих физиков нашли время, чтобы поразмышлять о том, как может выглядеть такой космический путь в реальной жизни, и даже выдвинули версию, что он может существовать в центре нашей галактики.
Самый надежный способ подтвердить существование червоточины - это непосредственно прозондировать черную дыру и посмотреть, не скрывает ли она мост в другое место, но у человечества может никогда не быть такой возможности. Тем не менее, исследователи смогли исключить некоторые из наиболее очевидных сценариев с Земли. Если, например, чудовищная черная дыра, обитающая в бурлящем центре Млечного Пути, является скорее дверью, чем тупиком, астрономы смогут определить наличие чего-то на другой стороне. Исследователи черных дыр уже много лет следят за орбитами звезд, таких как S2, вращающихся вокруг этого галактического водостока. Если эти звезды почувствуют притяжение со стороны далеких двойников за пределами черной дыры, то, согласно недавним расчетам, они исполнят очень специфический танец для тех, кто наблюдает за ними.
"Если астрономы просто измерят орбиту S2 с большей точностью, чтобы мы могли сузить ее [и заметить такой танец], - говорит Деян Стойкович, физик-теоретик из Университета Буффало, который помогал рассчитать результат, - то это все. Это грандиозно".
Червоточины представляют собой одну из странных форм пространства, теоретически допустимых в рамках теории гравитации Эйнштейна, но только черные дыры обладают достаточной силой, чтобы создать такую форму. Один из способов проверить, удалось ли данной черной дыре проложить складку в ткани пространства, - это провести "Интерстеллар" и попытаться отправить через нее зонд, но нам придется ждать тысячи лет, пока любой космический корабль достигнет ближайших кандидатов.
Чтобы сделать такую миссию еще более квиксичной, большинство физиков согласны с тем, что проходимые человеком мосты в фантастическом стиле не могут существовать. Единственный способ побороть их естественную тенденцию к разрушению, согласно уравнениям Эйнштейна, - это применить такой тип отталкивания, который другие законы физики запрещают в больших масштабах - отрицательную энергию (студенты-физики могут помнить, что энергия, в отличие от скорости или ускорения, всегда получается положительной). Стойкович говорит, что он и его коллеги избежали такого "фокуса-покуса" в своей предыдущей работе, описав червоточину, которая могла бы работать в нашей Вселенной.
Однако то, что астронавты не могут путешествовать через большую червоточину, не означает, что ничто не может. Работая в рамках теории гравитации Эйнштейна, в предыдущей работе группа нашла способ построить большую, стабильную червоточину, которую удерживает открытой сила, движущая расширением Вселенной. Новая работа расширяет прежнюю, рассчитывая, что в то время как большинство частиц и электрических полей останавливаются, сила гравитации может плавно пройти через нее. Это означает, что теоретически объекты на нашей стороне могут почувствовать притяжение чего-то особенно массивного на другой стороне. "Мы были несколько удивлены, - говорит Стойкович, - но чего еще можно было ожидать? Гравитация - это свойство самого пространства-времени".
В новом исследовании, недавно опубликованном в журнале Physical Review D, ставится вопрос о том, смогут ли астрономы обнаружить такие тонкие гравитационные воздействия на звезды в Млечном Пути.
Идеальной целью, по мнению Стойковича и его коллег, является Стрелец (Sag) A - черная дыра, которая предположительно находится в центре нашей галактики. Более конкретно, они рассчитали возможное воздействие на S2, звезду, вращающуюся вокруг Sag A. Если черная дыра содержит внутри себя червоточину, то подобные звезды, вероятно, будут вращаться по другую сторону, где-то в другой части Вселенной, и S2 может почувствовать гравитационное притяжение далекого двойника, путешествующего по космической связи между ними.
Любые отклонения, которые может совершить S2, будут незначительными, но после более чем 20 лет наблюдений астрономы зафиксировали ускорение звезды с точностью до четырех десятичных знаков. По оценкам Стойковича, астрономы могли бы проверить его гипотезу о червоточине с точностью примерно в 100 раз выше, чем эта точность - по его словам, нынешние эксперименты должны быть достигнуты естественным образом еще через пару десятилетий сбора данных. Если движение S2 не принесет никаких сюрпризов в этот момент, говорит он, то Саг А* должна быть либо обычной черной дырой, либо червоточиной, соединяющей с довольно пустой областью пространства.
Но если Стойкович и его коллеги проанализировали свою большую червоточину с помощью уравнений Эйнштейна, то другие теоретики, изучающие (пока теоретические) микроскопические свойства пространства и гравитации, не уверены в справедливости этих выводов на уровне частиц. Дэниел Джафферис, физик из Гарвардского университета, говорит, что, поскольку никто не предложил способ образования больших червоточин, любые странности S2 вызовут больше вопросов, чем ответов. "Кто-то, вероятно, должен был бы сделать червоточину намеренно, - говорит он. И единственное, что менее вероятно, чем настоящая червоточина, - это настоящая червоточина, построенная сверхпродвинутыми инопланетянами".
Более того, он предполагает, что реалии физики частиц могут противоречить выводам, сделанным исключительно на основе уравнений Эйнштейна, и что без "магии" отрицательной энергии непроходимость действительно означает непроходимость, полная остановка. "Ничто не может пройти, включая гравитоны [гипотетическую гравитационную частицу]", - говорит Джафферис. "Так что, похоже, [червоточина] не может быть замечена или обнаружена снаружи".
Стойкович, который говорит, что на проведение расчетов его побудило чисто личное любопытство, полностью признает астрономически большие шансы. Тем не менее, поскольку астрономы все равно собирают данные, он ничего не теряет, если будет ждать с открытым сердцем. "Если найдена одна червоточина, то нет никаких оснований полагать, что нет и многих других", - говорит он. "Когда мы нашли первого кандидата в черные дыры, то вдруг увидели миллионы таких дыр".
Поправка: Эта статья была обновлена для точного разграничения расчетов двух публикаций группы.