Канадские ученые провели компьютерное моделирование, которое позволило им узнать, что происходит с материей при ее накоплении в одном из «входов» проходимой кротовой норы. В своей работе исследователи описали процессы, происходящие внутри червоточин, и определили скорость, с которой вещество будет выбрасываться из другого «входа».
Кротовые норы, также известные как червоточины, — это гипотетические туннели, соединяющие две точки в пространстве-времени посредством «горловины». Как правило, такие объекты изображаются в виде трехмерной трубы, расположенной в искривленном двумерном пространстве.
Идея о возможности существования в структуре пространства-времени тоннелей, обеспечивающих мгновенное перемещение между точками А и В, даже на колоссальные расстояния, такие как межгалактические или даже межвселенческие), впервые высказали физики Альберт Эйнштейн и Натан Розен в 1935 году.
Кротовые норы не опровергают Общую теорию относительности, и даже некоторые космологические модели предсказывают их наличие, однако ученые до сих пор не обнаружили достоверных примеров этих объектов. Это объясняется тем, что кротовые норы требуют чрезвычайно сложной структуры пространства-времени, для поддержания которой необходима либо новая теория гравитации, либо экзотическая материя, обнаружение материи с отрицательной плотностью энергии, например, позволит создать сильное гравитационное отталкивание, которое будет препятствовать коллапсу червоточины.
Существующие гипотезы предполагают, что кротовые норы схожи с черными дырами, так как это объекты, обладающие значительной гравитацией и искривлением пространства. Вокруг червоточин, подобно черным дырам, должны возникать аналогичные искажения пространства-времени, и в них также устремляется окружающая материя. Тем не менее, одно важное различие заключается в том, что у большинства кротовых нор отсутствует горизонт событий, через который невозможно выбраться.
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.
Канадские астрофизики во главе с Лучано Комби (Luciano Combi) из Института теоретической физики провели исследование, целью которого было воссоздание внутренних процессов, происходящих в червоточинах, и определить, какие изменения произошли бы с материей, попавшей внутрь проходимой кротовой норы. Для этого ученые разработали модель, основанную на аналогичных моделях, которые обычно применяются для изучения черных дыр. Итоговые данные исследования изложены в статье, опубликованной на сайте электронного архива препринтов arXiv.
Согласно модели, вокруг одного из краев кротовой норы должно формироваться вращающийся диск плазмы, аналогичный аккреционному диску вокруг черной дыры, и этот диск будет приводиться в движение магниторотационной неустойчивостью. При попадании плазмы в одно из «отверстий» кротовой норы, она стремительно оседает в «горловине» и формирует горячее вращающееся облако, напоминающее плазменный торнадо. Это облако выступает в роли двигателя, где газ, поступающий с одной стороны червоточины, скапливается в центре, рассеивает энергию и направляет умеренно «релятивистский тепловой ветер» в другую сторону, то есть «на выход». Согласно модели, этот «ветер» будет «извергаться» из другого конца червоточины со скоростью 200 миллионов километров в час или даже быстрее, если кротовая нора достигает значительных размеров.
По мнению авторов исследования, если червоточина достаточно велика, плазма в её «горловине» может нагреться до температур, при которых возможны термоядерные реакции.
В процессе исследования ученые использовали модель проходимой червоточины. Однако эксперимент выявил, что плазменный шторм, формирующийся в «горловине», препятствовал бы прохождению любого объекта через подобную кротовую нору. Из-за экстремально высоких температур любой объект, попытавшийся пересечь червоточину, был бы полностью уничтожен.
Действительно, подобные высокие температуры могли бы предоставить ученым возможность наблюдать червоточину. С большого расстояния горячее облако выглядело бы ярче звёзд, вне зависимости от того, на какое из двух «отверстий» были бы направлены инструменты астрофизиков.
«Вход в кротовую нору, через который попало бы вещество, был бы весьма схож с черной дырой, имеющей аккреционный диск и окруженный горячим веществом. Однако вместо тени, наблюдатель увидел бы яркое свечение, которое создавалось бы раскаленной плазменной туманностью внутри червоточины. Второе отверстие кротовой норы представляло бы собой сферу, заполненную светящимся туманом. Из неё выбрасывалось бы вещество со скоростью, составляющей примерно 20 процентов от скорости света», — объяснил Комби.
В своей работе авторы подчеркнули, что теперь исследователи получили возможность глубже изучить, как могли бы выглядеть червоточины с аккреционным диском. Это открывает перспективу для их обнаружения.