ახალი კვლევა ვარაუდობს, რომ დიდ აფეთქებამდელი რელიქტური (ნარჩენი) შავი ხვრელები შესაძლოა დღემდე აყალიბებენ გალაქტიკებს. ამ შავმა ხვრელებმა შეიძლება ახსნას ბნელი მატერია — ერთ-ერთი უდიდესი პასუხგაუცემელი კითხვა კოსმოლოგიაში.
ზოგადად, შავი ხვრელები სივრცე-დროის რეგიონებია, სადაც მატერია პაწაწინა სივრცეშია შეკუმშული. ბნელი მატერია კი არის მატერია, რომელიც არ ირეკლავს ან არ შთანთქავს სინათლეს. მისი არსებობის შესახებ ვიცით მისი გრავიტაციული გავლენიდან გალაქტიკებსა და სხვა კოსმოსურ სტრუქტურებზე.
ის შეგვიძლია წარმოვიდგინოთ, როგორც კოსმოსური „წებო“, რომელიც გალაქტიკებს ერთად აკავებს, მაგრამ არ ვიცით, რისგან შედგება ის ფუნდამენტურ დონეზე. უმეტესი ფიზიკოსი ფიქრობს, რომ ბნელი მატერია შედგება ჯერ აღმოუჩენელი სუბატომური ნაწილაკებისგან.
თუმცა, ამ კრიტერიუმებს შეესაბამება დიდ აფეთქებამდელი პერიოდის უძველესი შავი ხვრელებიც. ისინი ბნელია, მაგრამ ასევე აქვთ მასა — ზუსტად ის თვისება, რაც საჭიროა.
პორტსმუთის უნივერსიტეტის ასტროფიზიკის პროფესორმა ენრიკე გაზტანაგამ ახალ კვლევაში ეს იდეა შეისწავლა. რა თქმა უნდა თავად რელიქტური შავი ხვრელების იდეაც უკვე მოითხოვს დიდი აფეთქების თეორიის გადახედვას.
თითქმის საუკუნეა, კოსმოლოგები ფიქრობენ, რომ სამყაროს ისტორია ამ ერთი დრამატული მომენტიდან იწყება. მაგრამ იქნებ ეს სულაც არ იყო დროის აბსოლუტური დასაწყისი. იქნებ სამყარო დიდ აფეთქებამდეც არსებობდა.
ამ სცენარით, გაფართოების დაწყებამდე, სამყარო კოლაფსირდა. დიდი აფეთქება წარმოადგენს გადასვლას ამ ორ ფაზას შორის.
დიდი აფეთქების მოდელი გამორჩეულად წარმატებულია. ხსნის კოსმოსურ მიკროტალღურ ფონს — ადრეული სამყაროს შემდგომ ნათებას — და საოცარი სიზუსტით პროგნოზირებს გალაქტიკების ფართომასშტაბიან გადანაწილებას.
თუმცა, აინშტაინის ზოგად ფარდობითობაში, ის ასევე არის სინგულარობა — წერტილი, რომელშიც სიმკვრივე უსასრულო ხდება და ფიზიკის ჩვენთვის ცნობილი კანონები ირღვევა.
ბევრი ფიზიკოსი ამას განმარტავს არა როგორც ფიზიკურ რეალობას, არამედ როგორც ნიშანს იმისა, რომ რაღაც აკლია. სინგულარობები ნაკლებად ჰგავს ფიზიკურ ობიექტებს და უფრო მეტად ჰგავს მათემატიკურ გაფრთხილებებს — გვეუბნება, რომ ჩვენი აჟამინდელი თეორიები ვერ აღწერს სამყაროს ყველაზე ადრეულ მომენტებს.
ასხლეტა და არა აფეთქება
ერთი ალტერნატივაა ასხლეტის კოსმოლოგია. ამ სურათში, სამყარო გადის შეკუმშვის ფაზას დიდ აფეთქებამდე, აღწევს უკიდურესად მაღალ, მაგრამ სასრულ სიმკვრივეს. სინგულარობაში კოლაფსირების ნაცვლად, ის აისხლიტება და იწყებს გაფართოების ახალ ფაზას.
ასხლეტის მოდელებს უკვე ათწლეულებია სწავლობენ, რაც ხშირად მოითხოვს გრავიტაციის მოდიფიცირებებს ან ახალ ეგზოტიკურ ინგრედიენტებს. თუმცა, ახალი კვლევა აჩვენებს, რომ ასხლეტა შეიძლება წარმოდგეს როგორც რეგულარული გამოსავალი სტანდარტულ ფიზიკაში, როცა გრავიტაცია და კვანტური მექანიკის ეფექტები — კანონები, რომლებიც ბუნებას განაგებს უმცირეს მასშტაბებზე — მუდმივად მიღებულია მხედველობაში.
სტანდარტულ კოსმოლოგიაში, დიდ აფეთქებას ხშირად მოჰყვება პერიოდი, რომელშიც ადრეული სამყარო განიცდის სწრაფი და განსაკუთრებული ექსპონენციალური პერიოდს. ამ ეტაპს ინფლაციას უწოდებენ და ის ეფექტიანად შლის ადრინდელი სტრუქტურების ყველა კვალს.
სიტუაცია სხვაგვარია ასხლეტად სამყაროში. ახალ კვლევაში, ჯგუფმა დაადგინა, რომ 90 მეტრზე დიდი ობიექტები ტრანზიციის დროს კოლაფსიდან გაფართოებაზე გადასვლას უნდა გადარჩენოდნენ.
ეს კი ტოვებს „რელიკვიებს“, რომლებიც წინა კოსმოსური ეპოქის ინფორმაციას ატარებენ. ამ რელიკვიებს შორის შეიძლება იყოს შავი ხვრელები, გრავიტაციული ტალღები და სიმკვრივის რყევები.
კვანტური ფიზიკა მძლავრ მინიშნებას შეიცავს იმის შესახებ, თუ როგორაა ეს შესაძლებელი. პაულის პრინციპის თანახმად, რომელიც კვანტური თეორიის ქვაკუთხედია — უკიდურესად მაღალი სიმკვრივის დროს, მატერია „დეგენერირებული“ ხდება. მატერია გამოიმუშავებს წნევას, რომელიც უძლებს შემდგომ შეკუმშვას სიცხის არარსებობის შემთხვევაშიც კი.
ჯგუფის მოდელში, ასეთივე ეფექტი მოქმედებს კოსმოლოგიურ მასშტაბებზე. ამან შეიძლება ახსნას, რატომ არ კოლაფსირდება სამყარო მთლიანად და რატომ გაუძლეს ასხლეტისას ან ასხლეტამდე წარმოქმნილმა ობიექტებმა გაფართოების ფაზას.
აპოკალიფსს გადარჩენა
ჯგუფმა გამოავლინა ორი მთავარი გზა, რომლითაც შეიძლება წარმოიქმნას რელიქტური შავი ხვრელები.
პირველია პირდაპირი გადარჩენა. კომპაქტურ ობიექტებს და სამყაროს კოლაფსის ფაზის დროს წარმოქმნილ და პერტურბაციებს (რყევები სიმკვრივეში ან გრავიტაციაში) შეუძლიათ, ასხლეტას გაუძლონ.
მეორე გზა უფრო დამაინტრიგებელია. შეკუმშვის დროს, მატერია ბუნებრივად ჯგუფდება გრავიტაციის გამო და წარმოქმნის, რომლებიც დღევანდელ გალაქტიკათა გარშემო არსებულ ჰალოებს ჰგავს. ასხლეტის შემდეგ, მათ შეუძლიათ, რომ ეფექტიანად გადაიქცნენ შავ ხვრელებად.
შეკუმშვის ფაზის გალაქტიკები და ვარსკვლავები ეფექტიანად კოლაფსირდება შავ ხვრელებად, რა დროსაც იშლება მათი დეტალური სტრუქტურის უმეტესი ნაწილი, მაგრამ ნარჩუნდება მასა.
შეიძლება თუ არა, რომ ეს შავი ხვრელები ბნელი მატერია იყოს? ათწლეულების განმავლობაში, მთავარი კანდიდატი რაიმე ფუნდამენტური ნაწილაკი იყო, მაგრამ მიუხედავად დიდი ძებნისა, მსგავსი ვერაფერი იპოვეს.
რელიქტური შავი ხვრელები მიმზიდველ ალტერნატივას გვთავაზობს. თუკი ასხლეტისას მათი საკმარისი რაოდენობა წარმოიქმნა, ისინი შეიძლება შეადგენდეს ბნელი მატერიის მნიშვნელოვან, თუ არა დომინანტურ ნაწილს.
ეს იდეა ასევე შეიძლება დაუკავშირდეს დაკვირვებებით მიღებულ ბოლო წლების ერთ-ერთ ყველაზე დამაინტრიგებენ თავსატეხს.
ჯეიმს ვების კოსმოსურმა ტელესკოპმა დააფიქსირა ადრეული სამყაროს კომპაქტური, უკიდურესად წითელი ობიექტების პოპულაცია, რომლებსაც ზოგჯერ „პატარა წითელ წერტილებს“ უწოდებენ. როგორც ჩანს, ეს ასტრონომიული წყაროები მოსალოდნელზე მასიური და კაშკაშაა; არსებობდნენ დიდი აფეთქებიდან სულ რაღაც რამდენიმე მილიონი წლის შემდეგ.
მრავალი ასტრონომი ეჭვობს, რომ ისინი დაკავშირებულია სწრაფად მზარდ შავ ხვრელებთან — ანუ დღეს ყველა გალაქტიკის ცენტრში არსებულ სუპერმასიურ შავ ხვრელთა „თესლებთან“. თუმცა, თანამედროვე კოსმოლოგიის საზღვრებში მათი არსებობის ახსნა რთულია. როგორ უნდა წარმოქმნილიყო ასე მასიური ობიექტები ასე სწრაფად?
რელიქტური შავი ხვრელები ბუნებრივ ახსნას გვთავაზობს. თუკი მასიური თესლები უკვე არსებობდა ასხლეტისთანავე, ადრეულ სამყაროს არ უნდა დასჭირვებოდა ნულიდან დაწყება. სუპერმასიური შავი ხვრელები შეიძლება ძველი გადარჩენილებისგან გაზრდილიყვნენ და არა ახლად წარმოქმნილი ობიექტებისგან.
ამ გაგებით, ჯეიმს ვები შესაძლოა უკვე ხედავდეს აფეთქებამდელი რელიკვიების შთამომავლებს.
ახალი კოსმოლოგიური ჩარჩო
ერთად აღებული, ასხლეტის სცენარი გვთავაზობს ერთიან გზას კოსმოლოგიაში, რათა გადაიჭრას რამდენიმე დიდი ხნის პრობლემა.
- დიდი აფეთქების სინგულარობა ჩანაცვლებულია კვანტური გადასვლით. ეს გადასვლა შეიძლება დაკავშირებული იყოს „აინშტაინ-როზენის ხიდის“ კონცეფციასთან — მათემატიკურ კავშირთან სივრცე-დროის ორ განსხვავებულ რეგიონს შორის.
- ინფლაცია ბუნებრივად ჩნდება ასხლეტასთან ახლოს დინამიკისგან.
- ბნელი ენერგია შეიძლება დაკავშირებული იყოს სასრული სამყაროს გლობალურ სტრუქტურასთან.
- ბნელი მატერია შეიძლება შედგებოდეს რელიქტური შავი ხვრელებისგან — შესაძლოა, ჩვენი სამყაროც სწორედ ამ ხვრელების სახით შეიქმნა.
- გრავიტაციულ ტალღებს შეიძლება უძველესი წარმოშობა ჰქონდეთ, რაც შესაბამისობაშია ჯეიმს ვების უახლეს დაკვირვებებთან.
ჯერ კიდევ ბევრი სამუშაოა ჩასატარებელი. ეს იდეები მონაცემთა წინააღმდეგ უნდა დაიტესტოს.
მიუხედავად ამისა, შესაძლებლობა ძალიან დიდია — სამყარო შეიძლება ერთხელ კი არ გაჩნდა, არამედ აისხლიტა. ბნელი სტრუქტურები კი, რომლებიც დღეს ფორმას აძლევენ გალაქტიკებს, შეიძლება დიდ აფეთქებამდელი დროის ნაშთები იყოს.
კვლევა Physical Review D-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია The Conversation-ის მიხედვით.
