Oponašanje sudara, koje su na računari izveli dvojica ruskih istraživača, pokazalo je kratke i oštre izlive gravitacionih valova. Tačan oblik i snaga signala zavisili su od toga da li su se one sudarile ili blisko mimoišle. Zanimljivo je da su neki od najbližih prolazaka proizveli izuzetno snažne gravitacione talase, čak i bez stvaranja zajedničkog horizonta.
Svemirskim prostranstvima neprestano putuju gravitacioni talasi, mreškanja u tkivu prostor-vremena. Do danas ih je zabeleženo više od stotinu, a većina potiče od sudara crnih rupa, najgušćih nebeskih tela. Da li su svi signali koji im se pripisuju, doista, njihovo delo i postoje li drugi, neotkriveni izvori takvih kosmičkih potresa, piše Science Alert. Novo računarsko oponašanje istražuje upravo tu mogućnost, analizirajući šta bi se dogodilo u sudaru crvotočina. Prema naučnom radu fizičara Nikite M. Širokova iz Moskovskog instituta za fiziku i tehnologiju i inženjera mašinskog učenja Ilje Načevskog sa Visoke škole ekonomije, interakcije specifične vrste crvotočina mogle bi izazvati jedinstvene i veoma neobične tragove u prostor-vremenu.
Iako su crvotočine popularan motiv u naučnoj fantastici, gde služe kao prečice kroz svemir, njihov koncept ima čvrste temelje u naučnoj teoriji. Naime, one predstavljaju matematičku mogućnost koja proizlazi iz Opšte teorije relativnosti Alberta Ajnštajna, koja gravitaciju opisuje kao zakrivljenost prostor-vremena. Teoretski, prostor-vreme moglo bi se saviti toliko da stvore tunel koji povezuje dva inače vrlo udaljena područja.
Pitanje je mogu li takve pojave postojati. U opticaju je više teorijskih mišljenja, poput Ajnštajn-Rozenovog mosta koji nije prolazan. Nasuprot njemu, Elis-Bronikovo tumačenje opisuje crvotočinu kroz koju bi se moglo putovati, a otvorenom je drži hipotetično fantomsko skalarno polje. Takvo polje moralo bi imati neobično svojstvo negativne energije da bi sprečilo urušavanje tunela. Ali, prolaznost ne jemči stabilnost. Čak i najmanji poremećaj mogao bi narušiti osetljivu ravnotežu koja održava pomenutu crvotočinu. Grla bi se mogla urušiti u crnu rupu ili započeti nekontrolisano širenje. Zbog te nestabilnosti, sudar dva takva ustrojstva mogao bi izazvati izuzetno snažne posledice. Želeći da istraže moguće ishode, Širokov i Načevski su izveli trodimenzionalno numeričko oponašanje (simulacija) parova Elis-Bronikovih crvotočina. Menjali su njihovu početnu udaljenost, putanje i svojstva fantomskih skalarnih polja koja ih održavaju.
Rezultati su pokazali iznenađujuću raznolikost. Zavisno od postavki, crvotočine su se mogle međusobno privlačiti ili odbijati. U nekim scenarijima su, pak, samo prošle jedna pokraj druge, što je bilo dovoljno za interakciju koja je uzrokovala dramatično širenje njihovih grla pre nego što su se udaljile. Drugi parovi su se kretali jedan ka drugome, ali umesto spajanja u veću crvotočinu dogodilo se nešto neobičnije. Oko oba grla nastao je zajednički prividni horizont – granica slična horizontu događaja crne rupe – koji ih je zarobio unutar novonastale crne rupe. Tada je simulacija otkrila najčudniji fenomen: zajednički prividni horizont se počeo smanjivati. Kako je fantomsko skalarno polje ulazilo u područje koje se urušavalo, horizont je izgubio približno 28 posto svoje površine.
U uobičajenim uslovima površina horizonta događaja crne rupe može se jedino povećavati ili ostati ista, u saglasju sa teoremom o površini koju je Stiven Hoking postavio 1971. godine. Ovaj rezultat je ne ruši, jer on vredi za standardne prilike koje fantomsko polje narušava, a simulacija prati prividni, a ne stvarni horizont događaja. Uprkos tome, ishod je neobičan. Sve opisane dinamične interakcije morale bi stvarati gravitacione talase. Dok masivna nebeska tela poput crnih rupa spiralno poniru jedno prema drugome, to kretanje stvara karakterističan signal poznat kao svojevrsni cvrkut (chirp) čija se frekvencija i jačina povećavaju. Simulacije sudara crvotočina, međutim, pokazale su drugačiji potpis: kratke i oštre izlive gravitacionih valova.
Tačan oblik i snaga signala zavisili su od toga da li su se crvotočine sudarile ili blisko mimoišle. Zanimljivo je da su neki od najbližih prolazaka proizveli izuzetno snažne gravitacione talase, čak i bez stvaranja zajedničkog horizonta. To ne znači da je svaki gravitacioni signal bez cvrkuta dokaz postojanja crvotočina; i crne rupe mogu pod određenim okolnostima izazvati slične izboje. Takav neobičan signal GW190521, zabeležen 2019. godine, još se proučava kao mogući pokazatelj egzotične fizike. Iako ga nove simulacije ne povezuju s crvotočinama, taj primer pokazuje zašto je važno modelirati potpise i hipotetična tela.
Postoji i značajno ograničenje. Istraživači ističu da bi crvotočine nastale u ranom svemiru proizvodile signale koje bi širenje svemira rastegnulo na frekvencije daleko ispod praga detekcije opservatorija poput LIGO ili buduće misije LISA. Da bi se takvi signali mogli zabeležiti, crvotočine bi morale nastati znatno kasnije u svemiru, a naučnici trenutno nemaju model koji bi to objasnio. Ipak, svemir ih je mnogo puta iznenadio. Ako ikada zabeleže signal koji odgovara sudaru Elis-Bronikovim crvotočinama, imaće bolju predstavu o tome šta posmatraju. Naučni članak, koji još nije prošao recenziju, dostupan je na elektronskom izdanju arXiv.
(Ilustracija Wikimedia Commons)
(Indeks)
