Космический телескоп Джеймса Уэбба с момента своего запуска, несомненно, произвёл революцию в нашем представлении о ранней Вселенной, но его новые результаты могут поставить астрономов в тупик. На самом деле, они могут дать нам базовую информацию о рождении Вселенной, возможно, намекая на то, что всё, что мы видим вокруг нас, находится внутри чёрной дыры.
Телескоп стоимостью 10 миллиардов долларов, который начал наблюдать за космосом летом 2022 года, обнаружил, что подавляющее большинство объектов глубокого космоса и, соответственно, ранних галактик, которые он наблюдал до сих пор, вращаются в одном и том же направлении. Примерно две трети галактик вращаются по часовой стрелке, а другая треть — против часовой стрелки.
В случайной Вселенной учёные ожидали бы обнаружить 50% галактик, вращающихся в одну сторону, а остальные 50% — в другую. Новое исследование предполагает, что существует предпочтительное направление вращения галактик.
Наблюдения за 263 галактиками, которые выявили этот странный скоординированный космический танец, были собраны в рамках проекта James Webb Space Telescope Advanced Deep Extragalactic Survey, или «JADES».
«Пока неясно, что является причиной этого, но есть два основных возможных объяснения», — сказал в своём заявлении руководитель группы Лиор Шамир, доцент кафедры информатики в Инженерном колледже имени Карла Р. Айса. «Одно из объяснений заключается в том, что Вселенная родилась вращающейся. Это объяснение согласуется с такими теориями, как космология чёрных дыр, которая постулирует, что вся Вселенная — это внутренняя часть чёрной дыры».
«Но если Вселенная действительно родилась вращающейся, это означает, что существующие теории о космосе неполны».
Рождение в чёрной дыре?
Космология чёрных дыр, также известная как «космология Шварцшильда», предполагает, что наша наблюдаемая Вселенная может быть внутренним пространством чёрной дыры, расположенной внутри более крупной родительской Вселенной.
Впервые эту идею выдвинули физик-теоретик Радж Кумар Патрия и математик И. Дж. Гуд. Она представляет собой идею о том, что «радиус Шварцшильда», более известный как «горизонт событий» (граница, за пределы которой ничто не может выйти из чёрной дыры, даже свет), также является горизонтом видимой Вселенной.
Это имеет ещё одно следствие: каждая чёрная дыра в нашей вселенной может быть дверью в другую «детскую вселенную». Эти вселенные будут ненаблюдаемы для нас, потому что они также находятся за горизонтом событий, односторонней поверхностью невозврата, за пределы которой свет не может выйти, а значит, информация никогда не сможет дойти из недр чёрной дыры до внешнего наблюдателя.
Эту теорию отстаивает польский физик-теоретик Никодем Поплавский из Университета Нью-Хейвена.
Чёрные дыры рождаются, когда коллапсирует ядро массивной звезды. В её сердце находится материя, плотность которой намного превышает все, что есть в известной Вселенной.
Согласно теории Поплавского, в конце концов связь между торсионом, то есть скручиванием и вращением материи, и спином становится очень сильной и не позволяет материи сжиматься до бесконечности, превращаясь в сингулярность.
«Вместо этого материя достигает состояния конечной, чрезвычайно большой плотности, перестаёт разрушаться, испытывает отскок, как сжатая пружина, и начинает быстро расширяться», — объяснил Поплавский. «Чрезвычайно сильные гравитационные силы вблизи этого состояния вызывают интенсивное производство частиц, увеличивая массу внутри чёрной дыры на много порядков и усиливая гравитационное отталкивание, которое приводит к отскоку».
Учёный добавил, что быстрая отдача после такого большого отскока могла привести к расширению нашей Вселенной — событию, которое мы сейчас называем Большим взрывом.
«Это порождает конечный период космической инфляции, что объясняет, почему наблюдаемая нами сегодня Вселенная в самых крупных масштабах кажется плоской, однородной и изотропной», — сказал Поплавский.
«Торсион в гравитации расширенной теории общей относительности Эйнштейна, таким образом, обеспечивает правдоподобное теоретическое объяснение сценария, согласно которому каждая чёрная дыра порождает внутри себя новую, детскую вселенную и становится мостом Эйнштейна-Розена, или „червоточиной“, соединяющей эту вселенную с родительской вселенной, в которой существует чёрная дыра».
Согласно этой теории, в новой вселенной родительская вселенная оказывается по другую сторону единственной в ней белой дыры — области пространства, в которую нельзя попасть извне и которую можно представить как обратную сторону чёрной дыры.
«Соответственно, наша собственная вселенная может быть внутренним пространством чёрной дыры, существующей в другой вселенной», — продолжает Поплавски. Движение материи через границу чёрной дыры, называемую горизонтом событий, может происходить только в одном направлении, что создаёт асимметрию прошлого-будущего у горизонта и, таким образом, повсюду в детской Вселенной. Поэтому стрела времени в такой вселенной будет унаследована от родительской вселенной через кручение».
Что касается новых результатов работы «Уэбба», Поплавский сказал: «Было бы интересно, если бы у нашей Вселенной была предпочтительная ось. Такая ось могла бы быть естественным образом объяснена теорией, согласно которой наша Вселенная родилась по другую сторону горизонта событий чёрной дыры, существовавшей в какой-то родительской Вселенной».
Он добавил, что чёрные дыры образуются из звёзд или в центрах галактик и, скорее всего, шаровых скоплений, которые все вращаются. Это означает, что чёрные дыры тоже вращаются, и ось вращения чёрной дыры будет влиять на вселенную, созданную чёрной дырой, проявляясь в виде предпочтительной оси.
«Я думаю, что самое простое объяснение вращающейся Вселенной — это то, что Вселенная родилась во вращающейся чёрной дыре. Кручение пространства-времени представляет собой наиболее естественный механизм, позволяющий избежать сингулярности в чёрной дыре и вместо этого создать новую, замкнутую вселенную», — продолжает Поплавски. «Предпочтительная ось в нашей Вселенной, унаследованная от оси вращения родительской чёрной дыры, могла повлиять на динамику вращения галактик, создав наблюдаемую асимметрию вращения по и против часовой стрелки».
«Открытие «Уэббом» того, что галактики вращаются в предпочтительном направлении, подтверждает теорию о создании чёрными дырами новых вселенных, и я буду очень рад, если эти выводы подтвердятся».
Ещё одно объяснение того, почему в поле зрения «Уэбба» оказалось слишком много галактик, вращающихся в одном направлении, заключается в том, что причиной этого могло стать вращение самого Млечного Пути.
Ранее учёные считали, что скорость вращения нашей галактики слишком мала, чтобы оказать незначительное влияние на наблюдения, проводимые «Уэббом».
«Если это действительно так, то нам придётся заново откалибровать наши измерения расстояний для глубокой Вселенной», — заключил Шамир. «Перекалибровка измерений расстояний может также объяснить некоторые другие нерешённые вопросы космологии, например, различия в скорости расширения Вселенной и крупных галактик, которые, согласно существующим измерениям расстояний, должны быть старше самой Вселенной».
Исследование команды было опубликовано в этом месяце в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
