Пульсирующая Вселенная - Николай Николаевич Горькавый

черных дыр будет близка к ста солнечным массам, прирост текущей массы популяции станет положительным и быстрорастущим — за счет быстрого аккреционного роста самых крупных дыр. Возникают черные дыры промежуточной массы, численность (и суммарная масса) которых мала по сравнению с черными дырами звездных масс. Зато дыры промежуточной массы, занимающие диапазон от ста масс Солнца до ста тысяч, служат затравками для возникновения сверхмассивных дыр в миллионы и миллиарды солнечных масс. Эти сверхмассивные дыры играют очень важную роль в дизайне нашей Вселенной.

В главе 18 мы обсудим наблюдательные следствия из данной модели темной материи.

12.2. Сверхмассивные черные дыры и Большая Черная Дыра

Теория относительности открывает новую возможность протекания необратимых процессов, которые продолжаются бесконечно.

Р. Толмен (1934)

Мы видели, что существует сила космического отталкивания, возрастающая по мере увеличения расстояния от нас. На наибольшем, еще исследованном расстоянии, она все еще увеличивается. Предыдущая теория объясняет, как это происходит. Но у нас есть еще желание понять, как она останавливается.

А. С. Эддингтон. «Расширяющаяся Вселенная» (1933)

Если 2–5 % текущей популяции черных дыр сливаются при Большом сжатии, то можно ожидать, что 0,1–1 % массы Вселенной при каждом коллапсе будет превращаться в гравитационные волны, то есть гравитационная масса Вселенной будет уменьшаться на эту величину. Если обратиться в формуле (4), то можно оценить, что при M/M*  0,01 — 0,001 шар сжатой Вселенной испытает антигравитационное расширение, если время уменьшения массы шара размером в несколько световых лет будет достаточно быстрым и составит от нескольких дней до месяца.

Можно лишь строить гипотезы о процессах, происходящих в максимально сжатой Вселенной. Частота слияния черных дыр в разных участках сжимающегося шара будет зависеть не только от размера коллапсирующей Вселенной, но и от степени ее однородности. Можно предположить, что в центре такого шара, который сколлапсировал из достаточно однородной Вселенной, будет самая высокая плотность. Следовательно, там массовое слияние черных дыр и условие антигравитации (4) может наступить раньше всего, после чего эта волна антигравитации будет распространяться наружу, навстречу коллапсирующему веществу, сжимая его и вызывая повышенное слияние черных дыр и наступление антигравитации в новых областях. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока вся масса сжимающейся Вселенной не повернет назад: Большое сжатие превратится в Большой взрыв.

Параметры черных дыр, собравшихся в шаре сжатой Вселенной, весьма различны. Решения, приведенные в статье Горькавого и Тюльбашева (2021) (см. рис. 6 и также Приложение II), показывают, что сверхмассивные дыры — это продукт последнего цикла. Согласно модели, которая охватывает 402 цикла Вселенной (см. рис. 6), чтобы увеличить начальный вес SBH в 20 раз — от 5M/ до 100M/, — потребовался 381 цикл, в то время как на дальнейшее увеличение массы дыры в тысячу раз — от 100 до 105M/ и на формирование популяции IMBH потребовалось всего 20 циклов. Образование популяции сверхмассивных черных дыр, растущих от 105M/ до 1010M/, происходит в течение последнего, 402-го цикла, потому что крупные черные дыры эффективно поглощают окружающую среду и очень быстро растут. Отметим, что плотность черной дыры с массой, приближающейся к 105 солнечных масс, становится сравнима с плотностью электромагнитного излучения в сжатой Вселенной. Это размывает границу между сверхмассивными черными дырами и окружающей средой. Любой объем такой среды размером около миллиона километров может быть назван сверхмассивной черной дырой. При дальнейшем сжатии Вселенной среда из электромагнитного излучения будет еще плотнее, что приведет к тому, что сверхмассивные черные дыры из центров нынешних галактик должны стать зонами пониженной плотности в такой среде, которая будет приближаться по плотности к черным дырам промежуточной массы (IMBH). Коллапсирующая система, состоящая из смеси плотного излучения и черных дыр различной массы, требует детального анализа, потому что в ней усложняется как само понятие «черная дыра», так и процессы аккреционного роста сверхмассивных дыр, их слияния и сопутствующей генерации гравитационного излучения. Логично предположить, что Вселенная испытывает всплеск гравитационного излучения и начинает расширяться как раз при достижении размера в несколько световых лет, когда ее плотность сближается с плотностью сверхмассивных черных дыр. Эти дыры, которые определяют основной объем (но не массу) популяции черных дыр, играют ключевую роль в динамике Вселенной, потому что именно их слияние может создать Большую Черную Дыру (БЧД). Возможно, самой большой черной дырой на стадии расширения Вселенной становится просто самая большая сверхмассивная дыра, сохранившаяся с этапа сжатия.

В центре сжимающейся Вселенной возникает волна антигравитации, которая разбрасывает вокруг основную часть вещества и черных дыр, включая сверхмассивные, не успевшие слиться друг с другом. Расширение этого огненного шара, в котором плавают многочисленные холодные черные дыры, и является Большим взрывом. Сверхмассивные дыры, которые не слились в Большую Черную Дыру, сыграют особенную роль во Вселенной, потому что именно они станут затравкой для образования галактик, включая нашу Галактику Млечный Путь.

Большая Черная Дыра — это главная шестеренка механизма, который останавливает расширение Вселенной и заставляет ее сжиматься. Напомним, что гравитационные волны обладают псевдоэнергией, которая не гравитирует сама, но может переноситься с гравитационной волной, потому что эта псевдоэнергия фактически является характеристикой искривленного пространства-времени в волне. Но если волна налетает на детектор и превращает часть своей псевдоэнергии в реальную энергию детектора (например, в нагрев стержня, по которому ездят бусинки под действием гравитационной волны), то гравитационная масса детектора вырастает.

Черная дыра обладает очень ограниченным набором характеристик, в первую очередь массой. В каком-то смысле именно поэтому она является идеальным детектором гравитационных волн, со 100 %-ной эффективностью переводя всю псевдоэнергию гравволн в реальную энергию, вернее, в массу черной дыры. Здесь опять надо вспомнить о двух различных точках зрения — покоящегося и падающего наблюдателя. Рассмотрим черную дыру, на которую падает наблюдатель вместе с облаком гравитационных волн. С точки зрения внешнего покоящегося наблюдателя облако гравитационных волн сожмется возле самой черной дыры в тонкий блин, который прирастет к дыре и увеличит ее радиус, то есть массу. Падающий наблюдатель при этом будет проглочен растущей поверхностью черной дыры.

С точки зрения падающего наблюдателя он сам и сопровождающее его облако гравитационных волн без помех проникнут внутрь черной дыры. Когда наблюдатель, попавший внутрь, попробует определить радиус черной дыры, в которую он влетел, то обнаружит, что этот радиус увеличился из-за количества псеведоэнергии, которую внесло в дыру облако гравитационных волн. То есть это облако не будет генерировать локального гравитационного поля, но будет влиять на радиус внешней черной дыры. Это своеобразное проявление феномена нелокализуемости гравитационной псевдоэнергии, когда она действует интегрально,