Физики нашли возможное доказательство существования кротовых нор: мог ли космический всплеск GW190521 прийти из другой вселенной?

С момента первого обнаружения гравитационных волн в 2015 году астрономы зарегистрировали десятки событий, вызванных слияниями черных дыр и нейтронных звезд. Большинство этих сигналов соответствуют стандартной модели: их форма волны имеет четкую структуру из трех фаз — постепенное сближение объектов, их слияние и последующее «затухание», когда новообразованный объект приходит в стабильное состояние.

Однако 21 мая 2019 года, был зарегистрирован сигнал, получивший название GW190521. И внимание он привлек тем, что не вписывался в привычную трехфазную картину. Он представлял собой чрезвычайно короткий импульс длительностью около 0,1 секунды, в котором практически отсутствовала первая фаза сближения. Наблюдатели зафиксировали лишь мощный финальный всплеск.

Противоречия стандартной интерпретации

Общепринятое объяснение гласит, что GW190521 был порожден слиянием двух черных дыр с массами около 85 и 66 солнечных масс. Эта модель хорошо описывает энергию и форму финального импульса, но есть пара нюансов.

Во-первых, черные дыры таких масс попадают в так называемый «верхний провал масс». Согласно современным теориям звездной эволюции, звезды определенных размеров в конце своего жизненного цикла не должны формировать черные дыры в этом диапазоне масс. Их существование возможно, но требует нетипичных сценариев образования.

Во-вторых, отсутствие начальной фазы сигнала. Хотя для очень массивных объектов эта фаза может быть короткой и низкочастотной, ее почти полное отсутствие в данных GW190521 выглядит необычно. Сигнал начинается слишком резко, что и побудило искать альтернативные объяснения.

Альтернативная модель: эхо из кротовой норы

Группа физиков-теоретиков предложила иную модель, основанную на гипотезе о существовании кротовых нор — теоретических «тоннелей» между разными областями пространства-времени или даже между разными вселенными.

В их представлении всё могло произойти так:

1. Событие в другой вселенной. Происходит стандартное слияние двух черных дыр.
2. Формирование кротовой норы. В результате слияния образуется не стабильная черная дыра, а экзотический объект — кротовая нора, горловина которой соединяет ту вселенную с нашей.
3. Прохождение сигнала. Гравитационные волны, испущенные на финальной стадии слияния (фаза «затухания»), проходят через эту горловину и попадают в нашу Вселенную.
4. Регистрация сигнала. Наблюдатели в нашей Вселенной детектируют только этот фрагмент — короткий изолированный всплеск гравитационных волн, лишенный предшествующей истории сближения.

Такая модель объясняет ключевую особенность GW190521 — его внезапное появление и короткую длительность — без привлечения черных дыр с нетипичными массами.

Проверка гипотезы

Любая научная гипотеза, даже самая неортодоксальная, требует проверки. Авторы исследования построили математическую модель сигнала, который должен был бы прийти через кротовую нору. Затем они применили методы статистического анализа, чтобы определить, какая из двух моделей — стандартное слияние или эхо из кротовой норы — лучше описывает реальные данные, полученные детекторами LIGO и Virgo.

Основным инструментом стало байесовское сравнение — метод, который позволяет оценить, насколько одна гипотеза вероятнее другой в свете имеющихся доказательств.

Результаты анализа

Сравнение моделей дало два результата.

Во-первых, отношение сигнала к шуму (показатель достоверности обнаружения) для модели кротовой норы оказалось сопоставимым с показателем для стандартной модели (14,5 против 15,6). Это означает, что предложенная форма волны «эха» очень хорошо соответствует наблюдаемым данным и не является случайным совпадением.

Во-вторых, байесовский анализ показал небольшое предпочтение стандартной модели слияния черных дыр. Однако это преимущество было признано статистически незначимым. Другими словами, на основе имеющихся данных невозможно уверенно отклонить гипотезу о кротовой норе.

Что это означает для науки?

Исследование не доказывает существование кротовых нор или параллельных вселенных. Оно демонстрирует, что для аномального сигнала GW190521 существует как минимум две физически состоятельные, хотя и очень разные, интерпретации.

Стандартная модель требует принятия допущений о существовании черных дыр в «провале масс». Альтернативная модель вводит экзотические объекты, но лучше объясняет форму сигнала.

Событие GW190521 остается предметом активной научной дискуссии. Оно показывает, как единичное аномальное наблюдение может стимулировать теоретическую физику и заставлять пересматривать границы известных моделей. Окончательный ответ может быть получен только с появлением обсерваторий следующего поколения, которые смогут регистрировать подобные события с большей точностью и детализацией.