- 29,084
- 46
- 8 Ноя 2022
Новая модель допускает, что у нашего космоса было «до».
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Привычная космическая история начинается около 13,8 млрд лет назад с чрезвычайно горячей и плотной Вселенной, которая затем расширялась, остывала и постепенно заполнялась галактиками. Новая модель предлагает заглянуть дальше этой границы. Большой взрыв мог быть не абсолютным началом, а переходом от более ранней стадии сжатия к нынешнему расширению. В таком случае некоторые чёрные дыры могли возникнуть ещё до перехода, пережить его и сохраниться до современной эпохи.
Подобные древние объекты могли бы хранить информацию о периоде, который стандартная космология не описывает. Те же чёрные дыры потенциально способны объяснить часть тёмной материи и помочь понять, почему массивные структуры появились во Вселенной настолько рано.
Стандартная космологическая модель успешно описывает реликтовое излучение, оставшееся после горячей ранней стадии, и распределение галактик на огромных расстояниях. Но при попытке проследить историю в обратном направлении общая теория относительности приводит к сингулярности Большого взрыва. Плотность в этой точке математически стремится к бесконечности, а известные физические законы перестают давать пригодное описание происходящего.
Многие физики рассматривают сингулярность не как обязательное доказательство реальной бесконечной плотности, а как признак того, что теория достигла границы применимости. Космология с отскоком предлагает другой сценарий. До нынешнего расширения существовала более ранняя Вселенная, которая постепенно сжималась и становилась всё плотнее.
Сжатие продолжалось бы до крайне высокой, но конечной плотности. Затем квантовые эффекты создавали давление, достаточно сильное, чтобы остановить дальнейший коллапс. Вселенная прекращала сжиматься и переходила к расширению. Поэтому вместо сингулярности модель получает физический переход между двумя стадиями космической эволюции.
Сам механизм давления, которое не позволяет материи сжиматься безгранично, уже знаком физике плотных звёздных объектов. Квантовые эффекты помогают противостоять гравитации в белых карликах и нейтронных звёздах. Новая модель переносит родственный принцип на Вселенную целиком: при достаточно большой плотности квантовое давление останавливает глобальное сжатие и запускает расширение.
Особенно важны процессы непосредственно перед космологическим отскоком. Во время сжатия отдельные области могли становиться настолько плотными, что собственная гравитация превращала их в чёрные дыры. Некоторые компактные объекты, согласно расчётам, способны пройти через переход и сохраниться после начала расширения.
Расчётный предел составляет примерно 90 метров. Компактные объекты крупнее этого размера могли пережить отскок и продолжить существование в новой фазе Вселенной. Помимо чёрных дыр, от предыдущего этапа могли сохраниться гравитационные волны и неоднородности плотности.
Другая часть чёрных дыр могла возникнуть уже вскоре после отскока. Переход усиливал колебания плотности, поэтому вещество ранней Вселенной распределялось неравномерно. В наиболее плотных областях гравитация быстрее собирала материю, что облегчало раннее появление чёрных дыр и крупных космических структур.
Механизм помогает объяснить, почему первые массивные объекты могли возникнуть раньше, чем допускают более привычные сценарии. Если сразу после отскока во Вселенной уже существовали крупные чёрные дыры или особенно плотные области, дальнейшая эволюция начиналась не с почти однородного распределения вещества. Галактики получали готовые гравитационные центры, вокруг которых материя могла собираться быстрее.
Космологический отскок одновременно затрагивает проблему инфляции. Так называют чрезвычайно короткую стадию стремительного расширения ранней Вселенной. Инфляция объясняет, почему огромные области космоса настолько однородны и почему далёкие участки обладают очень похожими свойствами, хотя сегодня разделены колоссальными расстояниями.
В новой модели переход от сжатия к расширению способен воспроизвести динамику, которую обычно связывают с инфляцией. Квантовые процессы при отскоке также могут создавать и усиливать первоначальные неоднородности. Позднее гравитация превращает эти небольшие перепады плотности в галактики, скопления и другие крупные структуры.
Авторы модели связывают тот же механизм с ещё одной нерешённой проблемой: ускоренным расширением современной Вселенной. Наблюдения показывают, что космическое расширение со временем ускоряется. Стандартная модель объясняет ускорение тёмной энергией, однако физическая природа тёмной энергии до сих пор неизвестна. Модель отскока допускает общее физическое описание для процессов, связанных с ранним и нынешним ускоренным расширением.
Наиболее заметное следствие касается тёмной материи. Обычная материя, из которой состоят звёзды, планеты и межзвёздный газ, уступает ей по количеству примерно в пять раз. Тёмная материя не испускает и не поглощает свет в доступной для прямых наблюдений форме, однако гравитация выдаёт её присутствие. Без дополнительной невидимой массы трудно объяснить движение звёзд в галактиках и распределение вещества на больших космических масштабах.
Чёрные дыры, возникшие до отскока или вскоре после него, могли бы составлять часть невидимой массы. Если ранняя Вселенная произвела достаточно много подобных объектов, их суммарная масса способна дать значительную долю тёмной материи. Расчёты допускают и предельный вариант, при котором древние чёрные дыры объясняют всю её наблюдаемую плотность.
Подобное объяснение не требует вводить неизвестную элементарную частицу в качестве носителя тёмной материи. Чёрные дыры почти не дают собственного электромагнитного излучения и в основном обнаруживают себя через гравитацию. Главная проверка сводится к их количеству и распределению масс: древних чёрных дыр должно быть достаточно много, но одновременно их популяция не должна противоречить уже накопленным астрономическим данным.
Дополнительный интерес к гипотезе связан с наблюдениями космического телескопа «Джеймс Уэбб» . Телескоп обнаружил в ранней Вселенной неожиданно массивные объекты, включая компактные источники, получившие название «маленькие красные точки». Многие астрономы связывают часть этой популяции с активно растущими чёрными дырами.
Проблема заключается в возрасте обнаруженных объектов. Некоторые массивные чёрные дыры существовали в период, когда после Большого взрыва прошло сравнительно мало времени. Обычным сценариям приходится объяснять, как первоначально небольшие чёрные дыры успели настолько быстро набрать массу.
Космологический отскок предлагает другой исходный набор условий. Массивные чёрные дыры могли существовать уже сразу после перехода к расширению, если часть объектов пережила предыдущую стадию. Тогда ранним галактикам не требовалось сначала вырастить крупную чёрную дыру из небольшого предшественника. Материя могла сразу собираться вокруг уже массивного гравитационного центра.
Проверить гипотезу позволяют несколько независимых направлений наблюдений. Один вариант связан с реликтовыми гравитационными волнами, возникшими во время предыдущей стадии сжатия. Если часть волн пережила отскок, современная Вселенная должна хранить их фон с характеристиками, отличающимися от сигналов, возникших уже после начала расширения.
Другой возможный источник информации — реликтовое излучение. Небольшие изменения его температуры и поляризации сохранили сведения об условиях ранней Вселенной. Процессы до отскока могли оставить в этом излучении слабые статистические особенности, которые будущие наблюдения позволят сравнить с предсказаниями модели.
Гипотеза пока не доказывает существование эпохи до Большого взрыва и не подтверждает, что древние чёрные дыры действительно составляют тёмную материю. Проверка требует найти конкретные наблюдательные следы: реликтовые гравитационные волны, особенности реликтового излучения или популяцию чёрных дыр с параметрами, которые трудно объяснить их возникновением уже после начала нынешнего расширения.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Привычная космическая история начинается около 13,8 млрд лет назад с чрезвычайно горячей и плотной Вселенной, которая затем расширялась, остывала и постепенно заполнялась галактиками. Новая модель предлагает заглянуть дальше этой границы. Большой взрыв мог быть не абсолютным началом, а переходом от более ранней стадии сжатия к нынешнему расширению. В таком случае некоторые чёрные дыры могли возникнуть ещё до перехода, пережить его и сохраниться до современной эпохи.
Подобные древние объекты могли бы хранить информацию о периоде, который стандартная космология не описывает. Те же чёрные дыры потенциально способны объяснить часть тёмной материи и помочь понять, почему массивные структуры появились во Вселенной настолько рано.
Стандартная космологическая модель успешно описывает реликтовое излучение, оставшееся после горячей ранней стадии, и распределение галактик на огромных расстояниях. Но при попытке проследить историю в обратном направлении общая теория относительности приводит к сингулярности Большого взрыва. Плотность в этой точке математически стремится к бесконечности, а известные физические законы перестают давать пригодное описание происходящего.
Многие физики рассматривают сингулярность не как обязательное доказательство реальной бесконечной плотности, а как признак того, что теория достигла границы применимости. Космология с отскоком предлагает другой сценарий. До нынешнего расширения существовала более ранняя Вселенная, которая постепенно сжималась и становилась всё плотнее.
Сжатие продолжалось бы до крайне высокой, но конечной плотности. Затем квантовые эффекты создавали давление, достаточно сильное, чтобы остановить дальнейший коллапс. Вселенная прекращала сжиматься и переходила к расширению. Поэтому вместо сингулярности модель получает физический переход между двумя стадиями космической эволюции.
Сам механизм давления, которое не позволяет материи сжиматься безгранично, уже знаком физике плотных звёздных объектов. Квантовые эффекты помогают противостоять гравитации в белых карликах и нейтронных звёздах. Новая модель переносит родственный принцип на Вселенную целиком: при достаточно большой плотности квантовое давление останавливает глобальное сжатие и запускает расширение.
Особенно важны процессы непосредственно перед космологическим отскоком. Во время сжатия отдельные области могли становиться настолько плотными, что собственная гравитация превращала их в чёрные дыры. Некоторые компактные объекты, согласно расчётам, способны пройти через переход и сохраниться после начала расширения.
Расчётный предел составляет примерно 90 метров. Компактные объекты крупнее этого размера могли пережить отскок и продолжить существование в новой фазе Вселенной. Помимо чёрных дыр, от предыдущего этапа могли сохраниться гравитационные волны и неоднородности плотности.
Другая часть чёрных дыр могла возникнуть уже вскоре после отскока. Переход усиливал колебания плотности, поэтому вещество ранней Вселенной распределялось неравномерно. В наиболее плотных областях гравитация быстрее собирала материю, что облегчало раннее появление чёрных дыр и крупных космических структур.
Механизм помогает объяснить, почему первые массивные объекты могли возникнуть раньше, чем допускают более привычные сценарии. Если сразу после отскока во Вселенной уже существовали крупные чёрные дыры или особенно плотные области, дальнейшая эволюция начиналась не с почти однородного распределения вещества. Галактики получали готовые гравитационные центры, вокруг которых материя могла собираться быстрее.
Космологический отскок одновременно затрагивает проблему инфляции. Так называют чрезвычайно короткую стадию стремительного расширения ранней Вселенной. Инфляция объясняет, почему огромные области космоса настолько однородны и почему далёкие участки обладают очень похожими свойствами, хотя сегодня разделены колоссальными расстояниями.
В новой модели переход от сжатия к расширению способен воспроизвести динамику, которую обычно связывают с инфляцией. Квантовые процессы при отскоке также могут создавать и усиливать первоначальные неоднородности. Позднее гравитация превращает эти небольшие перепады плотности в галактики, скопления и другие крупные структуры.
Авторы модели связывают тот же механизм с ещё одной нерешённой проблемой: ускоренным расширением современной Вселенной. Наблюдения показывают, что космическое расширение со временем ускоряется. Стандартная модель объясняет ускорение тёмной энергией, однако физическая природа тёмной энергии до сих пор неизвестна. Модель отскока допускает общее физическое описание для процессов, связанных с ранним и нынешним ускоренным расширением.
Наиболее заметное следствие касается тёмной материи. Обычная материя, из которой состоят звёзды, планеты и межзвёздный газ, уступает ей по количеству примерно в пять раз. Тёмная материя не испускает и не поглощает свет в доступной для прямых наблюдений форме, однако гравитация выдаёт её присутствие. Без дополнительной невидимой массы трудно объяснить движение звёзд в галактиках и распределение вещества на больших космических масштабах.
Чёрные дыры, возникшие до отскока или вскоре после него, могли бы составлять часть невидимой массы. Если ранняя Вселенная произвела достаточно много подобных объектов, их суммарная масса способна дать значительную долю тёмной материи. Расчёты допускают и предельный вариант, при котором древние чёрные дыры объясняют всю её наблюдаемую плотность.
Подобное объяснение не требует вводить неизвестную элементарную частицу в качестве носителя тёмной материи. Чёрные дыры почти не дают собственного электромагнитного излучения и в основном обнаруживают себя через гравитацию. Главная проверка сводится к их количеству и распределению масс: древних чёрных дыр должно быть достаточно много, но одновременно их популяция не должна противоречить уже накопленным астрономическим данным.
Дополнительный интерес к гипотезе связан с наблюдениями космического телескопа «Джеймс Уэбб» . Телескоп обнаружил в ранней Вселенной неожиданно массивные объекты, включая компактные источники, получившие название «маленькие красные точки». Многие астрономы связывают часть этой популяции с активно растущими чёрными дырами.
Проблема заключается в возрасте обнаруженных объектов. Некоторые массивные чёрные дыры существовали в период, когда после Большого взрыва прошло сравнительно мало времени. Обычным сценариям приходится объяснять, как первоначально небольшие чёрные дыры успели настолько быстро набрать массу.
Космологический отскок предлагает другой исходный набор условий. Массивные чёрные дыры могли существовать уже сразу после перехода к расширению, если часть объектов пережила предыдущую стадию. Тогда ранним галактикам не требовалось сначала вырастить крупную чёрную дыру из небольшого предшественника. Материя могла сразу собираться вокруг уже массивного гравитационного центра.
Проверить гипотезу позволяют несколько независимых направлений наблюдений. Один вариант связан с реликтовыми гравитационными волнами, возникшими во время предыдущей стадии сжатия. Если часть волн пережила отскок, современная Вселенная должна хранить их фон с характеристиками, отличающимися от сигналов, возникших уже после начала расширения.
Другой возможный источник информации — реликтовое излучение. Небольшие изменения его температуры и поляризации сохранили сведения об условиях ранней Вселенной. Процессы до отскока могли оставить в этом излучении слабые статистические особенности, которые будущие наблюдения позволят сравнить с предсказаниями модели.
Гипотеза пока не доказывает существование эпохи до Большого взрыва и не подтверждает, что древние чёрные дыры действительно составляют тёмную материю. Проверка требует найти конкретные наблюдательные следы: реликтовые гравитационные волны, особенности реликтового излучения или популяцию чёрных дыр с параметрами, которые трудно объяснить их возникновением уже после начала нынешнего расширения.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
