Хотя загадочный объект является гипотетической математической конструкцией, новые симуляции, проведенные исследователями из Университета Джона Хопкинса, предполагают, что в космосе могут быть и другие небесные тела, скрывающиеся даже от лучших телескопов на Земле. Результаты будут опубликованы в журнале Physical Review D.

"Мы были очень удивлены, — говорит Пьер Хайдманн, физик из Университета Джона Хопкинса, руководивший исследованием. — Объект выглядит так же, как черная дыра, но из его темного пятна исходит свет".

Обнаружение гравитационных волн в 2015 году потрясло мир астрофизики, поскольку подтвердило существование черных дыр. Вдохновленная этими открытиями, команда Университета Джона Хопкинса решила изучить возможность существования других объектов, которые потенциально производящих аналогичные гравитационные эффекты, но могут фиксироваться как черные дыры при наблюдении с помощью сверхточных датчиков на Земле, объясняет соавтор работы, физик Университета Джона Хопкинса Ибрахима Бах.

"Как бы вы узнали, что черной дыры нет? У нас нет хорошего способа это проверить, — говорит Бах. — Изучение гипотетических объектов, таких как топологические солитоны, также поможет нам понять это".

Новые симуляции реалистично изображают объект, который команда Джона Хопкинса называет топологическим солитоном. Моделирование показывает нечто, что издалека выглядит как размытая фотография черной дыры, но вблизи — совсем иначе.

На данном этапе объект является гипотетическим. Но тот факт, что команда смогла реконструировать его с помощью математических уравнений и показать, как он выглядит с помощью моделирования, предполагает, что в космосе могут быть и другие типы небесных тел, скрывающиеся даже от лучших телескопов на Земле.

Полученные данные показывают, как топологический солитон искажает пространство точно так же, как черная дыра. При этом, он ведет себя иначе, преломляя и испуская слабые световые лучи, которые не могут избежать сильной гравитационной силы настоящей дыры.

"Свет сильно искривлен, но вместо того, чтобы поглощаться, он рассеивается причудливыми узорами, пока в какой-то момент не возвращается к вам в хаотичном порядке, — рассказывает Хайдманн. — Вы не видите темного пятна. Вы видите много размытия, а это значит, что свет бешено вращается вокруг этого странного объекта".

Гравитационное поле черной дыры настолько сильное, что свет может вращаться вокруг нее на определенном расстоянии от ее центра, точно так же, как Земля вращается вокруг Солнца. Это расстояние определяет край "тени" дыры, так что любой падающий свет безвозвратно попадет в область, которую ученые называют "горизонтом событий".

Команда Хопкинса смоделировала несколько сценариев, используя изображения космического пространства, как если бы они были сняты камерой, поместив перед объективом черную дыру и топологический солитон. В результате были получены искаженные изображения из-за гравитационного воздействия массивных тел.

"Это первое моделирование астрофизически значимых объектов теории струн, поскольку мы действительно можем охарактеризовать различия между топологическим солитоном и черной дырой, как если бы наблюдатель видел их в небе", — объясняет Хайдманн.

Вдохновленные результатами, Бах и Хайдманн открыли способы построения топологических солитонов с использованием общей теории относительности Эйнштейна в 2021 году. Хотя солитоны не являются предсказаниями новых объектов, они служат лучшими имеющимися моделями того, как могли бы выглядеть объекты квантовой гравитации по сравнению с черными дырами.

Ученые ранее создали модели бозонных звезд, гравастаров и других гипотетических объектов, которые могли бы оказывать аналогичные гравитационные эффекты с экзотическими формами материи. Но новое исследование объясняет основные теории внутреннего устройства Вселенной, которых нет в других моделях. По словам ученых, в нем используется теория струн, которая согласовывает квантовую механику и теорию гравитации Эйнштейна.

"Это начало замечательной исследовательской программы, — уверен Бах. — Мы надеемся, что в будущем сможем действительно предложить новые типы ультракомпактных звезд, состоящих из новых видов материи из квантовой гравитации".