Кротовые норы с длинным горлом: как отличить их от чёрных дыр по изображениям ✦

Original: "Image of a wormhole with an arbitrary throat profile"

· Valeria A. Ishkaeva, Sergey V. Sushkov

arXiv:2605.16413v2 · 2026-05-13 · CC BY 4.0 · ⏱ 2 мин · General Relativity

Изображения аккрецирующих кротовых нор с регулируемой длиной горловины демонстрируют яркие отличия от чёрных дыр благодаря доминированию эффекта Доплера над гравитационным красным смещением.

Аннотация

Исследованы наблюдательные сигнатуры — тень, силуэт горловины и изображение тонкого аккреционного диска — для семейства статических сферически-симметричных кротовых нор с произвольным профилем горловины. Выведены выражения для радиуса тени, радиуса силуэта горловины и сдвига энергии фотонов в общем статическом сферически-симметричном случае. Полученные формулы применены к конкретной метрике с тремя свободными параметрами: радиусом горловины a, длиной горловины λ и параметром u0, регулирующим глубину гравитационной ямы. Численно найдены радиусы тени и силуэта как функции параметров, построены изображения аккреционных дисков для трёх репрезентативных наборов и проведено сравнение с чёрной дырой Шварцшильда. Показано, что существуют комбинации параметров, при которых тень и силуэт горловины кротовой норы совпадают с тенью и силуэтом горизонта событий чёрной дыры той же массы. Тем не менее изображения аккреционного диска принципиально различаются: у кротовой норы доминирует эффект Доплера, а не гравитационное красное смещение, что делает её изображение заметно ярче.

Связи в графе знаний 1

Контекст

Поиск астрофизических кротовых нор стал активнее благодаря прогрессу в наблюдениях сверхмассивных компактных объектов. Коллаборация Event Horizon Telescope получила первые изображения кандидатов в чёрные дыры, открыв эру тестов сильной гравитации. Хотя эти наблюдения согласуются с теорией, они не исключают альтернативы, такие как кротовые норы, чьи гравитационные линзы и тени могут имитировать чёрные дыры.

Методы

На основе общей параметризации статической сферически-симметричной метрики с произвольным профилем горловины были выведены аналитические выражения для радиуса тени, силуэта горловины и сдвига энергии фотонов. Для конкретной модели с параметрами a, λ и u0 численно решались уравнения геодезических, строились диаграммы вложения и изображения аккреционного диска. Сравнение проводилось с чёрной дырой Шварцшильда — классическим решением, полученным ещё Карлом Шварцшильдом.

Результаты

Установлено, что существуют наборы параметров a, λ и u0, при которых радиусы тени и силуэта горловины кротовой норы в точности совпадают с аналогичными величинами для чёрной дыры Шварцшильда равной массы. Однако изображения аккреционного диска кардинально различаются: в кротовой норе основную роль играет эффект Доплера, а не гравитационное красное смещение. В результате диск кротовой норы выглядит значительно ярче — максимальный сдвиг энергии достигает 1.45 против 0.74 у чёрной дыры.

Значение

Совместный анализ размера тёмного пятна и распределения сдвига энергии даёт надёжный наблюдательный инструмент для различения кротовых нор и чёрных дыр, что открывает путь к эмпирической проверке альтернативных теорий гравитации.

Развитие

Перспективно обобщение модели на вращающиеся кротовые норы и включение более реалистичных моделей аккреции, а также учёт поляризации излучения для прямого сравнения с данными Event Horizon Telescope.

Влияние

Результаты непосредственно повлияют на наблюдательную астрофизику компактных объектов, методы гравитационного линзирования и тесты общей теории относительности.

Следующие шаги

Следующим шагом станет моделирование изображений для конкретных кандидатов, таких как M87* и Sgr A*, с учётом новейших данных поляризации от коллаборации EHT.

Ключевые проблемы

Работа напрямую связана с фундаментальной проблемой идентификации истинной природы сверхмассивных компактных объектов и поиском экзотических решений уравнений Эйнштейна, альтернативных чёрным дырам.

🎯 Термин «кротовая нора» (wormhole) был введён Джоном Уилером в 1957 году, а идею их использования для межзвёздных путешествий популяризовали Кип Торн и Майкл Моррис в 1988 году.

🎬 В фильме «Интерстеллар» проходимая кротовая нора служит порталом в другую галактику, что художественно перекликается с теоретической возможностью путешествий через подобные объекты.

\alpha_{\text{sh}} = \left| \frac{r(u_{\text{ph}})}{N(u_{\text{ph}})} \right|

Радиус тени α_sh определяется значением радиальной функции r(u) и функции хода времени N(u) в точке фотонной сферы u_ph.

\int_0^{\infty} \frac{du}{r^2(u) \sqrt{N^{-2}(u) - \alpha_{\text{sil}}^2 / r^2(u)}} = \frac{\pi}{\alpha_{\text{sil}}}

Уравнение, определяющее угловой радиус силуэта горловины α_sil через глобальные свойства метрики.

Ключевые числа

Тень чёрной дыры Шварцшильда: 5.196m
Силуэт горизонта чёрной дыры: 4.457m
Максимальный сдвиг энергии для кротовой норы (λ=1, u0=1): 1.45
Максимальный сдвиг энергии для чёрной дыры: 0.74
Радиус горловины в модели кротовой норы: 2m

Я автор