https://twitter.com/i/status/1124254141017145344

Like part of a cosmic Russian doll, our universe may be perfectly nested inside a black hole that is itself part of a larger universe. In turn, all the black holes found so far in our universe—from the microscopic to the supermassive—may be ultimate doorways into alternate realities.

According to a mind-bending new theory, a black hole is actually a tunnel between universes—a type of wormhole. The matter the black hole attracts doesn’t collapse into a single point, as has been predicted, but rather gushes out a “white hole” at the other end of the black one, the theory goes.

In a paper published in the journal Physics Letters B, Indiana University physicist Nikodem Poplawski presents new mathematical models of the spiraling motion of matter falling into a black hole. His equations suggest such wormholes are viable alternatives to the “space-time singularities” that Albert Einstein predicted to be at the centers of black holes. According to Einstein’s equations for general relativity, singularities are created whenever matter in a given region gets too dense, as would happen at the ultra-dense heart of a black hole.

Einstein’s theory suggests singularities take up no space, are infinitely dense, and are infinitely hot—a concept supported by numerous lines of indirect evidence but still so outlandish that many scientists find it hard to accept. If Poplawski is correct, they may no longer have to. According to the new equations, the matter black holes absorb and seemingly destroy is actually expelled and becomes the building blocks for galaxies, stars, and planets in another reality.

The notion of black holes as wormholes could explain certain mysteries in modern cosmology, Poplawski said. For example, the big bang theory says the universe started as a singularity. But scientists have no satisfying explanation for how such a singularity might have formed in the first place. If our universe was birthed by a white hole instead of a singularity, Poplawski said:

 “It would solve this problem of black hole singularities and also the big bang singularity.”

Wormholes might also explain gamma ray bursts, the second most powerful explosions in the universe after the big bang. Gamma ray bursts occur at the fringes of the known universe. They appear to be associated with supernovae, or star explosions, in faraway galaxies, but their exact sources are a mystery.

Poplawski proposes that the bursts may be discharges of matter from alternate universes. The matter, he says, might be escaping into our universe through supermassive black holes—wormholes—at the hearts of those galaxies, though it’s not clear how that would be possible. The wormhole theory may also help explain why certain features of our universe deviate from what theory predicts, according to physicists.

“It’s kind of a crazy idea, but who knows?” he said. There is at least one way to test Poplawski’s theory: Some of our universe’s black holes rotate, and if our universe was born inside a similarly revolving black hole, then our universe should have inherited the parent object’s rotation. If future experiments reveal that our universe appears to rotate in a preferred direction, it would be indirect evidence supporting his wormhole theory, Poplawski said.

Based on the standard model of physics, after the big bang the curvature of the universe should have increased over time so that now—13.7 billion years later—we should seem to be sitting on the surface of a closed, spherical universe. But observations show the universe appears flat in all directions.

What’s more, data on light from the very early universe show that everything just after the big bang was a fairly uniform temperature. That would mean that the farthest objects we see on opposite horizons of the universe were once close enough to interact and come to equilibrium, like molecules of gas in a sealed chamber.

Again, observations don’t match predictions, because the objects farthest from each other in the known universe are so far apart that the time it would take to travel between them at the speed of light exceeds the age of the universe. Inflation states that shortly after the universe was created, it experienced a rapid growth spurt during which space itself expanded at faster-than-light speeds. The expansion stretched the universe from a size smaller than an atom to astronomical proportions in a fraction of a second.

The universe therefore appears flat, because the sphere we’re sitting on is extremely large from our viewpoint—just as the sphere of Earth seems flat to someone standing in a field. Inflation also explains how objects so far away from each other might have once been close enough to interact. But—assuming inflation is real—astronomers have always been at pains to explain what caused it. That’s where the new wormhole theory comes in.

According to Poplawski, some theories of inflation say the event was caused by “exotic matter,” a theoretical substance that differs from normal matter, in part because it is repelled rather than attracted by gravity. Based on his equations, Poplawski thinks such exotic matter might have been created when some of the first massive stars collapsed and became wormholes.

 “There may be some relationship between the exotic matter that forms wormholes and the exotic matter that triggered inflation,” he said.

The new model isn’t the first to propose that other universes exist inside black holes. Damien Easson, a theoretical physicist at Arizona State University, has made the speculation in previous studies.

 “What is new here is an actual wormhole solution in general relativity that acts as the passage from the exterior black hole to the new interior universe.In our paper, we just speculated that such a solution could exist, but Poplawski has found an actual solution,” said Easson, referring to Poplawski’s equations (who was not involved in the new study). Nevertheless, the idea is still very speculative, Easson said in an email.

“Is the idea possible? Yes. Is the scenario likely? I have no idea. But it is certainly an interesting possibility. Future work in quantum gravity—the study of gravity at the subatomic level—could refine the equations and potentially support or disprove Poplawski’s theory”, Easson said.

Overall, the wormhole theory is interesting, but not a breakthrough in explaining the origins of our universe, said Andreas Albrecht, a physicist at the University of California, Davis, who was also not involved in the new study. By saying our universe was created by a gush of matter from a parent universe, the theory simply shifts the original creation event into an alternate reality. In other words, it doesn’t explain how the parent universe came to be or why it has the properties it has—properties our universe presumably inherited.

 “There’re really some pressing problems we’re trying to solve, and it’s not clear that any of this is offering a way forward with that,” he said.

Still, Albrecht doesn’t find the idea of universe-bridging wormholes any stranger than the idea of black hole singularities, and he cautions against dismissing the new theory just because it sounds a little out there.

 “Everything people ask in this business is pretty weird,” he said. “You can’t say the less weird [idea] is going to win, because that’s not the way it’s been, by any means.”

Precum una din piesele  dintr-o cosmică păpușă Matrioșka, universul nostru poate fi perfect îmbrăcat într-o gaură neagră, care este ea însăși parte a unui univers mai mare. La randul sau, toate gaurile negre găsite până acum în universul nostru – de la microscopic la supermassive – pot fi doar portaluri către realitati alternative. Conform unei noi teorii, o gaură neagră este de fapt un tunel între universuri – un tip de gaură de vierme. Materia pe care o atrage gaura neagră nu se prăbușește într-un singur punct, așa cum s-a anticipat, ci mai degrabă țâșnește printr-o  „gaură albă” la celălalt capăt.

Într-o lucrare publicată în revista Physics Letters B, fizicianul din Indiana, Nikodem Poplawski, prezintă modele matematice noi ale mișcării în spirală a materiei care se încadrează într-o gaură neagră. Ecuațiile sale sugerează că astfel de găuri de vierme sunt alternative viabile la „singularitățile spațiu-timp” pe care Albert Einstein le-a prevăzut să fie în centrele găurilor negre. Conform ecuațiilor lui Einstein pentru relativitatea generală, singularitățile sunt create ori de câte ori materia într-o anumită regiune devine prea densă, așa cum se întâmplă în inima ultra-densă a unei găuri negre.

Teoria lui Einstein sugerează că singularitățile nu ocupă nici un spațiu, sunt infinit de dense și sunt infinit de fierbinți – un concept susținut de numeroase linii de dovezi indirecte, dar încă atât de ciudat încât pentru mulți oameni de știință pare greu de acceptat. Dacă Poplawski are dreptate, conform noilor ecuații, se pare  că materia care era absorbită și distrusă în găurile negre este de fapt expulzată și devine blocurile de construcție pentru galaxii, stele și planete într-o altă realitate.

Noțiunea de găuri negre ca găuri de vierme ar putea explica anumite mistere în cosmologia modernă, a spus Poplawski. De exemplu, teoria Big Bang spune că universul a început ca o singularitate. Dar oamenii de știință nu au o explicație satisfăcătoare pentru modul în care o astfel de singularitate s-ar fi putut forma în primul rând. Dacă universul nostru a fost înmulțit de o gaură albă în loc de o singularitate, Poplawski a spus:

„Ar rezolva această problemă a singularităților găurilor negre și, de asemenea, singularitatea Big Bang”.

Gaurile de vierme ar putea, de asemenea, să explice exploziile de raze gama, cele două explozii cele mai puternice din univers după Big Bang. Exploziile cu raze Gamma apar la marginea universului cunoscut. Se pare că sunt asociate cu supernove, sau explozii ale stelelor, în galaxii îndepărtate, dar sursele lor exacte sunt un mister.

Poplawski propune ca exploziile să poată fi deversări de materie din universuri alternative. Problema, spune el, ar putea să scape în universul nostru prin găuri negre supermassive – gauri de vierme – în inima acelor galaxii, deși nu este clar cum ar fi posibil acest lucru. Teoria găurii de vierme poate ajuta, de asemenea, să explice de ce anumite caracteristici ale universului nostru se abat de la ceea ce prezice teoria, potrivit fizicienilor.

„Este o idee nebună, dar cine știe?”

Există cel puțin o modalitate de a testa teoria lui Poplawski: Unele găuri negre ale universului nostru se rotesc și, dacă universul nostru s-a născut într-o gaură neagră rotativă similară, atunci universul nostru ar fi trebuit să moștenească rotația obiectului părinte. Dacă experimentele viitoare arată că universul nostru pare să se rotească într-o direcție preferată, ar fi dovezi indirecte care susțin teoria viermii de vierme, a spus Poplawski.

Bazându-se pe modelul standard al fizicii, după Big Bang, curbura universului ar fi trebuit să crească în timp, astfel că, acum, 13,7 miliarde de ani mai târziu, ar trebui să păstrăm situația pe un univers închis, sferic. Dar observațiile arată că universul pare plat în toate direcțiile.

Mai mult, datele despre lumina din universul foarte timpuriu arată că totul imediat după Big Bang era o temperatură destul de uniformă. Asta ar însemna că și cele mai îndepărtate obiecte pe care le vedem pe orizonturile opuse ale universului au fost odată destul de aproape încât să interacționeze și să ajungă la echilibru, precum moleculele de gaz într-o cameră sigilată.

Din nou, observațiile nu se potrivesc predicțiilor, deoarece obiectele cele mai îndepărtate unul de celălalt în universul cunoscut sunt atât de departe încât timpul necesar pentru a călări între ele la viteza luminii depășește vârsta universului. Inflația afirmă că, la scurt timp după crearea universului, a cunoscut o creștere rapidă în timpul căreia spațiul însuși sa extins la viteze mai rapide decât lumina. Expansiunea a întins universul de la o dimensiune mai mică decât un atom la proporții astronomice într-o fracțiune de secundă.

Prin urmare, universul pare plat, deoarece sfera pe care stăm este extrem de mare din punctul nostru de vedere – așa cum sfera Pământului pare a fi netedă pentru cineva care stă pe un câmp. Inflația explică, de asemenea, modul în care obiectele atât de îndepărtate unul de celălalt ar fi putut fi odată suficient de aproape pentru a interacționa. Dar, presupunând că inflația este reală, astronomii s-au străduit mereu să explice ce a cauzat inflația. Aici intră noua teorie a viermii de vierme. Potrivit lui Poplawski, unele teorii ale inflației spun că evenimentul a fost cauzat de „materia exotică”, o substanță teoretică care diferă de materia normală, în parte deoarece este respinsă mai degrabă decât atrasă de gravitate. Pe baza ecuațiilor sale, Poplawski crede că o asemenea materie exotică ar fi putut fi creată atunci când unele dintre primele stele masive s-au prăbușit și au devenit găuri de vierme.

„Este posibil să existe o anumită relație între materia exotică care formează găurile de vierme și materia exotică care a declanșat inflația”, a spus el.

Noul model nu este primul care propune ca alte universuri să existe în găurile negre. Damien Easson, fizician teoretic la Universitatea de Stat din Arizona, a făcut speculațiile în studiile anterioare.

„Ceea ce este nou aici este o soluție reală de vierme de vierme în relativitatea generală care acționează ca trecerea de la gaura neagră exterioară la noul univers interior. În lucrarea noastră, am speculat că o astfel de soluție ar putea exista, dar Poplawski a găsit o soluție reală , ”A spus Easson, referindu-se la ecuațiile lui Poplawski (care nu a fost implicat în noul studiu). Cu toate acestea, ideea este încă foarte speculativă, a spus Easson într-un e-mail.

„Ideea este posibilă? Da. Scenariul este probabil? Nu am nici o idee. Dar este cu siguranță o posibilitate interesantă. Munca viitoare în gravitația cuantică – studiul gravitației la nivel subatomic – ar putea perfecționa ecuațiile și ar putea susține sau respinge teoria lui Poplawski ”, a spus Easson.

În ansamblu, teoria găurii de vierme este interesantă, dar nu este o descoperire nouă în explicarea originilor universului nostru, a declarat Andreas Albrecht, fizician la Universitatea din California, Davis, care, de asemenea, nu a fost implicat în noul studiu. Spunând că universul nostru a fost creat de o mișcare de materie dintr-un univers părinte, teoria schimbă pur și simplu evenimentul creației originale într-o realitate alternativă. Cu alte cuvinte, nu explică cum a ajuns universul părinte, sau de ce are proprietățile pe care le are – proprietățile pe care universul nostru le-a moștenit probabil.

„Există într-adevăr câteva probleme presante pe care încercăm să le rezolvăm și nu este clar că toate acestea oferă o cale de urmat în acest sens”, a spus el. Cu toate acestea, Albrecht nu găsește ideea că găurile de vierme care se află în univers sunt mai ciudate decât ideea de singularitățe ale găurilor negre și avertizează în a nu se respinge o noua teorie doar pentru că sună puțin ciudat.

„Totul în această afacere este destul de ciudat”, a spus el.

***

Uranus was hit by a massive object roughly twice the size of Earth that caused the planet to tilt during the formation of the solar system about four billion years ago. The „cataclysmic” collision shaped Uranus’ evolution – and could explain its freezing temperatures, according to a new study.

Astronomers from Durham University led an international team of experts to investigate how Uranus came to be tilted on its side and what consequences a giant impact would have had on the planet’s evolution. The team ran the first high-resolution computer simulations of different massive collisions with the ice giant to try to work out how the planet evolved.

The research confirms a previous study which said that Uranus’ tilted position was caused by a collision with a massive object – most likely a young proto-planet made of rock and ice. The simulations also suggested that debris from the impactor could form a thin shell near the edge of the planet’s ice layer and trap the heat emanating from Uranus’ core.

Scientists used a high-resolution simulation to confirm that an object twice the size of Earth collided with Uranus and altered its tilt.

The researchers said the trapping of the internal heat could in part help explain Uranus’ extremely cold temperature of the planet’s outer atmosphere minus 216 Celsius (-357 degrees Fahrenheit).

Study lead author Jacob Kegerreis, a PhD researcher in Durham University’s Institute for Computational Cosmology, said:

 “Uranus spins on its side, with its axis pointing almost at right angles to those of all the other planets in the solar system. This was almost certainly caused by a giant impact, but we know very little about how this actually happened and how else such a violent event affected the planet. We ran more than 50 different impact scenarios using a high-powered super computer to see if we could recreate the conditions that shaped the planet’s evolution. Our findings confirm that the most likely outcome was that the young Uranus was involved in a cataclysmic collision with an object twice the mass of Earth, if not larger, knocking it on to its side and setting in process the events that helped create the planet we see today.”

This composite image, created in 2004 with Keck Observatory telescope adaptive optics, shows Uranus’ two hemispheres.

There has been a question mark over how Uranus managed to retain its atmosphere when a violent collision might have been expected to send it hurtling into space. According to the simulations, this can most likely be explained by the impact object striking a grazing blow on the planet.

The collision was strong enough to affect Uranus’ tilt, but the planet was able to retain the majority of its atmosphere. The researchers say it could also help explain the formation of Uranus’ rings and moons, with the simulations suggesting the impact could jettison rock and ice into orbit around the planet. The rock and ice could have then clumped together to form the planet’s inner satellites and perhaps altered the rotation of any pre-existing moons already orbiting Uranus.

The simulations show that the impact could have created molten ice and lopsided lumps of rock inside the planet. This could help explain Uranus’ tilted and off-centre magnetic field. Uranus is similar to the most common type of exoplanets – planets found outside of our solar system – and the researchers hope their findings will help explain how such planets evolved and understand more about their chemical composition.

Co-author Dr Luis Teodoro, of the BAER/NASA Ames Research Centre, said:

“All the evidence points to giant impacts being frequent during planet formation, and with this kind of research we are now gaining more insight into their effect on potentially habitable exoplanets.”

The findings were published in The Astrophysical Journal.

 În timpul formării sistemului solar, cu aproximativ patru miliarde de ani în urmă, Uranus a fost lovit de un obiect masiv de aproximativ două ori mai mare decât Pământul, ce a făcut ca planeta să se încline. Potrivit unui nou studiu, coliziunea „cataclismică” a remodelat revoluția lui Uranus în jurul axei sale, ceea ce ar putea explica temperaturile sale de îngheț.

Astronomii de la Universitatea Durham au condus o echipă internațională de experți pentru a investiga modul în care Uranus a ajuns să fie înclinat într-o parte și ce consecințe ar fi avut un impact gigantic asupra evoluției planetei. Echipa a efectuat primele simulări de calculator de înaltă rezoluție ale diferitelor coliziuni masive cu gigantul de gheață pentru a încerca să descopere modul în care a evoluat planeta.

Investigația confirmă un studiu anterior din care a rezultat că poziția înclinată a lui Uran a fost cauzată de o coliziune cu un obiect masiv – cel mai probabil o tânără proto-planetă din rocă și gheață. Simulările au sugerat, de asemenea, că resturile provenite din ciocnire  ar putea forma o cochilie subțire în apropierea marginii stratului de gheață al planetei ce ar putea să capta căldura care provine din miezul lui Uranus.

Cercetătorii spun că izolarea căldurii interne ar putea ajuta, în parte, la explicarea temperaturii extrem de mici  din atmosfera exterioară a planetei Uranus de minus 216 grade Celsius (-357 grade Fahrenheit).

Autorul principal al studiului, Jacob Kegerreis, doctorand la Institutul de Cosmologie Computatională din Durham, a declarat:
„Uranus se rotește cu axa orientată aproape în unghi drept față de cele ale celorlalte planete ale sistemului solar. Acest lucru a fost aproape sigur cauzat de un impact gigantic, dar știm foarte puțin despre cum s-a întâmplat acest lucru și cum acest eveniment violent a afectat planeta. Am rulat mai mult de 50 de scenarii diferite de impact folosind un super computer de mare putere pentru a vedea dacă am putea recrea condițiile care au modelat evoluția planetei. Constatările noastre confirmă faptul că cel mai probabil rezultat a fost faptul că tânărul Uranus a fost implicat într-o coliziune cataclismică cu un obiect de două ori masa Pământului, dacă nu chiar mai mare, care l-a lovit lateral declanșând evenimentele care au contribuit la crearea planetei pe care o vedem azi. ”

A existat un semn de întrebare asupra modului în care Uranus a reușit să-și păstreze atmosfera atunci când s-ar fi așteptat ca o ciocnire violentă să o trimită în spațiu. Conform simulărilor, acest lucru poate fi cel mai probabil explicat de obiectul a șters planeta precum ricoșeul unui glonte. Coliziunea a fost suficient de puternică pentru a afecta înclinarea lui Uranus, dar planeta a reușit să-și păstreze majoritatea atmosferei. Cercetătorii spun că ar putea explica, de asemenea, formarea inelelor și a lunilor, simulările sugerând că impactul ar putea arunca rocă și gheață în orbită în jurul planetei. Roca și gheața s-ar fi putut acumula împreună pentru a forma sateliții interiori ai planetei și, eventual, ar fi modificat rotația oricărei altei lune preexistente deja în orbita Uranus.

Simulările mai arată că impactul ar fi putut crea gheață topită și bulgări de stâncă în interiorul planetei. Acest lucru ar putea explica câmpul magnetic înclinat și în afara centrului lui Uranus. Uranus prezintă similitudini cu multe tipuri de exoplanete – planete găsite în afara sistemului nostru solar – și cercetătorii speră că descoperirile lor vor explica modul în care astfel de planete au evoluat și vor înțelege mai multe despre compoziția lor chimică.
Co-autorul Dr. Luis Teodoro, de la BAER / NASA Ames Research Center, a declarat:

„Toate dovezile indică faptul că impacturile gigantice sunt frecvente în timpul formării planetelor și, cu acest tip de cercetare, câștigăm acum o mai bună înțelegere a efectului lor asupra potențialelor exoplanete locuibile”.

Concluziile cercetărilor au fost publicate inițial în Jurnalul Astrofizic.

* „CE3K”- Close Encounters of the Third Kind- Întâlnire de gradul trei (ntr.)

***

(Northern Territory Parks and Wildlife)