Існування чорних дір можна безпосередньо довести без виявлення екзотичних об’єктів. Діри самі виявлять себе, закручуючи світло, що проходить повз них.
У дослідженнях, які так чи інакше стосуються загальної теорії відносності (ЗТВ), не так часто відкриття нового явища стає перевіркою всієї теорії та додає новий інструмент для дослідження Всесвіту. Прикладом таких явищ може слугувати гравітаційне лінзування, в існування якого не надто вірив сам Альберт Ейнштейн, але завдяки якому сьогодні успішно досліджують великомасштабну структуру Всесвіту. Ефект Шапіро, передбачений у 1964 році, який полягає в тому, що поблизу масивних тіл електромагнітні хвилі поширюються повільніше, нещодавно дав змогу астрономам зважити наймасивніший із відомих радіопульсарів.
Учені зі Шведського інституту космічної фізики під керівництвом Фабріціо Тамбуріні описали новий релятивістський ефект, який, на їхнє переконання, може стати прямим доказом існування чорних дір. Попри те, що чорним дірам сьогодні присвячують тисячі наукових робіт, ці об’єкти, існування яких випливає із загальної теорії відносності, до цього часу формально вважаються гіпотетичними. «З одного боку, більш-менш усі впевнені, що вони існують, але довести, що ми вивчаємо саме чорні діри, складно», — пояснив на нещодавній лекції в Політехнічному музеї старший науковий співробітник відділу релятивістської астрофізики ДАІШ МДУ Сергій Попов. Щоб отримати прямий доказ існування чорних дір, астрофізики мріють знайти цілком особливий об’єкт, наприклад — радіопульсар у парі з чорною дірою. Якби ми бачили таку систему з ребра, а промінь пульсара ще й «сканував» би околиці чорної діри, це дало б змогу безпосередньо спостерігати ефекти, передбачені ЗТВ.
Група Тамбуріні вважає, що допомогти в цьому можуть самі чорні діри, але лише ті, що обертаються, — так звані керрівські. У 1963 році австралійський математик Рой Керр знайшов повний розв’язок рівнянь гравітаційного поля для чорної діри, що обертається. Тоді астрофізики нарешті отримали математичний опис геометрії простору-часу, який оточує масивний обертовий об’єкт.
Такі об’єкти втягують у своє обертання навколишній простір-час, причому чорна діра — найінтенсивніше. Шведські вчені показали, що фотони, народжені поблизу чорної діри, яка обертається, мають набувати характерного відбитка, який стане незаперечним доказом її існування. Квантова величина, яку називають повним моментом імпульсу фотона, є сумою орбітального $L$ і спінового $S$ моментів. Орбітальний момент $L=l\hbar$, де $l$ – цілі числа, а $\hbar$ – зведена стала Планка.
Чорна мітка
Провівши комп’ютерне моделювання, фізики показали, що обертання чорної діри особливим чином діє на орбітальний момент фотона, який народжується поблизу неї. Такі фотони можуть виникати, наприклад, усередині акреційного диска навколо чорної діри. Світло (а в загальному випадку — кванти будь-якої довжини хвилі електромагнітного випромінювання) виявляється закрученим – вектори орбітального моменту фотонів наче навиваються на гвинтові сходи.
Визначити подібні характеристики випромінювання можна за допомогою найбільших наявних телескопів, кажуть учені. Для цього інструменти необхідно оснастити особливими приладами, наприклад – голографічними детекторами – і спеціальним програмним забезпеченням. Основні надії вчені поки що пов’язують із найбільшими радіотелескопами — VLA у США та установкою ALMA, яку будують у Чилі й яка стане найбільшим астрономічним інструментом в історії. Роботу вчених опубліковано в журналі
Лише зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі. Увійдіть або зареєструйтеся.
Коментарі (0):