В МГУ рассказали о новых способах поиска кротовых нор во Вселенной

Астрономы МГУ разработали новые стратегии поиска во Вселенной таких пока не найденных, но допускаемых теорией экзотических объектов, как космические струны и кротовые норы. О новых методах их обнаружения и уже найденных кандидатах ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института МГУ Ольга Сажина рассказала на прошедшей в РАН конференции «Физика фундаментальных взаимодействий», посвященной 70-летию со дня рождения академика РАН Валерия Рубакова.

Теоретические модели ранней Вселенной предсказывают, что до нашей эпохи могли дожить такие объекты, как космические струны. Это топологические дефекты пространства-времени, которые тянутся от одного горизонта Вселенной до другого, скручиваются, рвутся и сворачиваются в кольца, выделяя гигантскую энергию. Ширина этих струн, впервые предсказанных советским академиком Яковом Зельдовичем, гораздо меньше атомного ядра и составляет 10^-37 см, при этом плотность их такова, что один их метр должен быть массивнее Солнца. Поэтому считается, что что одним из способов возможного обнаружения струн может быть наблюдение гравитационного линзирования.

Ольга Сажина на конференции в РАН рассказала о новых стратегиях наблюдательного поиска этих нетривиальных структур во Вселенной, разработанных за последний год в связи с новыми результатами, полученными ею и ее коллегами. «Они в корне меняют стратегию поиска этих интересных объектов», — подчеркнула она.

Астроном предложила, что струны надо искать методом поиска характерных ступенчатых структур в данных по анизотропии реликтового излучения путем обработки радиокарт обсерваторий WMAP и Planck. «Второй этап — в области нахождения такого кандидата искать гравитационно-линзовые пары, избыток таких объектов», — рассказала она, показав слайд с возможными кандидатами.

При этом наблюдателям не стоит ожидать, что такие пары должны образовываться длинными цепочками, так как при изгибах струн линзирования фоновых объектов не происходит.

«Также при поиске предпочтительнее искать кластеры гравитационно-линзовых изображений, это связано с тем, что струна не перпендикулярна лучу зрения, а обладает наклоном», — пояснила Сажина. — Нашей группой совместно с индийской в 2022 году были сделаны снимки одного из кандидатов в гравитационные линзы, который лежит в области, найденной по анизотропии реликтового излучения. Такая пара галактик хорошо моделируется сильно наклоненной струной. Более того, рядом с ним находится целая совокупность гравитационно-линзовых пар, что говорит в пользу кластерного расположения».

Объект SDSS J110429

По словам Сажиной, найденные изображения необходимо подтверждать на предмет гравитационной природы — их красные смещения и спектры должны быть идентичны, в снимках не должно быть искажений, характерных для линзирования на компактных источниках.

Еще одним типом экзотических, пока не найденных структур во Вселенной, являются так называемые кротовые норы или червоточины (англ. — wormholes), первую статью о которых Эйнштейн написал в 1935 году, назвав «мостами». Существование таких экстремальных объектов, как и черных дыр, также допускается Общей теорией относительности. Предполагается, что кротовые норы могут соединять между собой сколь угодно удаленные области пространства-времени, ранее ученые показывали, что ряд астрофизических объектов, в том числе черные дыры, могут оказаться входами в кротовые норы.

«Основные наблюдательные методы поиска, которые сейчас есть — это анализ теней и аккреционных дисков кандидатов в кротовые норы, анализ структуры гравитационно-волнового сигнала от двойных систем, — пояснила Сажина. — Мы предлагаем исследовать простой и такой, игрушечный пока, но физически обоснованный метод. Если мы априори предполагаем, что кротовая нора проходима, и если мы следим за движением объектов с нашей стороны вселенной и по другую сторону от горловины, то мы можем оценивать гравитационное влияние одного объекта на другой. Предполагая, что кандидат в кротовую нору — это черная дыра или сверхмассивная черная дыра, в том числе, в нашей галактике, то тестовый объект — это звезды, которые вращаются в окрестностях черной дыры».

Астроном предложила искать возможные входы и выходы из кротовых нор, составляя каталоги пар «черная дыра звездной массы — звезда» и «сверхмассивная черная дыра — звезда», и исследовать возмущающие ускорения, которые испытывают объекты по разные стороны горловины.

У выбранных вблизи черных дыр звезд предлагается искать характерные компоненты скорости, связанные с наличием движущегося объекта по ту сторону норы, а также рассчитывать релятивистские красные смещения и сравнивать c эффектом в отсутствие кротовой норы рядом.

«Очень хорошо наблюдать именно возмущающие ускорения, потому что их порядок уже сравним с точностями обсерватории Gaia. Более того, у нас есть уже несколько систем-кандидатов, где точность Gaia превышает эффект, который мы ищем», — пояснила астроном.