Астрофизики рассказали о «внутренней жизни» кротовых нор

Червоточины, или кротовые норы, — гипотетические туннели между двумя точками в пространстве-времени, соединенные «горловиной». Обычно такие объекты представляют в виде трехмерной трубы в изогнутом двумерном пространстве.

Предположение о том, что в ткани пространства-времени могут существовать туннели, позволяющие мгновенно перемещаться из точки А в точку B на огромные расстояния (например, в другие галактики или даже вселенные), впервые высказали физики Альберт Эйнштейн и Натан Розен в 1935 году.

Кротовые норы не противоречат Общей теории относительности, и даже некоторые космологические теории предсказывают существование этих объектов, тем не менее ученым пока так и не удалось найти реальных кандидатов на роль червоточин. Одна из причин — кротовые норы подразумевают весьма сложную геометрию пространства-времени, для существования которой требуется либо альтернативная теория гравитации, либо экзотическая материя, например, со свойством отрицательной плотности энергии. Такая материя создает сильное гравитационное отталкивание и препятствует «схлопыванию» червоточины.

Согласно различного рода гипотезам, кротовые норы чем-то напоминают черные дыры, поскольку представляют собой объекты с достаточно сильной гравитацией и кривизной пространства. Вокруг червоточин, как и черных дыр, должны наблюдаться те же искажения пространства-времени, а в глубину тоже падает окружающая материя. Однако между ними есть одно отличие: в большинстве случаев у первых не должно быть горизонта событий, из пределов которого ничего не может вырваться обратно.

Ряд исследователей предсказывают существование двух типов кротовых нор: непроходимых и проходимых. Первые внешне похожи на черные дыры, но внутри червоточин нет сингулярности, то есть бесконечной плотности материи, которая разрывает и уничтожает любую другую материю, попадающую в этот объект. В теории такие тела должны разрушаться слишком быстро.

Второй тип предполагает норы, которые гипотетически можно пересекать в обе стороны, то есть их можно пройти насквозь и вернуться. Подобные кротовые норы должны быть заполнены экзотической материей.

Группа канадских астрофизиков под руководством Лучано Комби (Luciano Combi) из Института теоретической физики решила воспроизвести внутренние процессы червоточин и выяснить, что происходило бы с материей, если бы она падала в одно из «отверстий» проходимой кротовой норы. Для этого ученые построили модель, взяв за основу модели, предполагающие аналогичный процесс, но связанный с черными дырами. Результаты исследования изложены в статье, опубликованной на сайте электронного архива препринтов arXiv.

Модель предполагала, что вокруг одной из сторон кротовой норы должен вращаться диск плазмы (подобно аккреционному диску вокруг черной дыры), приводимый в движение магниторотационной неустойчивостью. Когда плазма падает в одно из «отверстий» кротовой норы, она быстро оседает в «горловине» и образует горячее вращающееся облако — своего рода плазменное торнадо. Это облако действует как двигатель, в котором газ, поступающий с одной стороны червоточины, накапливается в центре, рассеивает энергию и направляет умеренно «релятивистский тепловой ветер» в другую сторону, то есть «на выход». Модель показала, что этот «ветер» будет «выдуваться» из другого конца червоточины со скоростью 200 миллионов километров в час или даже быстрее, если червоточина достигает огромных размеров.

Как отметили авторы исследования, в случае достаточно большой червоточины плазма внутри «горловины» может разогреться до таких температур, что станут возможны термоядерные реакции.

В своей работе ученые применили модель проходимой червоточины, однако эксперимент показал, что плазменный шторм внутри «горловины» помешал бы любому телу пройти через такого типа кротовую нору. Из-за высоких температур любой объект, решивший пересечь червоточину, сгорел бы дотла.

Правда, те же высокие температуры теоретически позволили бы ученым увидеть червоточину. Издалека горячее облако светилось бы ярче звезд, независимо от того, на какое из двух «отверстий» были бы направлены научные приборы астрофизиков.

«Горловина кротовой норы, в которую упало бы вещество, была бы очень похожа на черную дыру с аккреционным диском, окруженным кольцом из горячего вещества. Но вместо тени наблюдатель увидел бы яркое пятно, создаваемое раскаленным плазменным облаком внутри червоточины. Второе отверстие кротовой норы выглядело бы как сфера, наполненная светящимся туманом. Из него вылетало бы вещество со скоростью около 20 процентов от скорости света», — объяснил Комби.

Авторы научной работы отметили, что теперь ученые смогут лучше понимать, как теоретически могли бы выглядеть червоточины с аккреционным диском. Значит, вероятно, появится шанс их найти.