Черная дыра сделала теорию Эйнштейна надежнее в 500 раз
Астрономы изучили тень сверхмассивной черной дыры и опровергли множество вариантов, в которых теория Эйнштейна могла оказаться несостоятельной.
Общая теория относительности выдержала уже множество проверок, но у ученых все еще остается пространство для маневра и поиска альтернатив. Сверхмассивная черная дыра в центре галактики на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли стала, пожалуй, самой строгой проверкой из всех. Речь, разумеется, о M87*, самой фотогеничной черной дыре во Вселенной. Коллаборация Event Horizon Telescope исследовала область вокруг нее, чтобы в результате повысить достоверность общей теории относительности в… 500 раз.
О чем идет речь? Хотя общая теория относительности отлично подходит для предсказания и понимания гравитационных взаимодействий, она математически несовместима с квантовой механикой и ее правилами, которые помогают нам моделировать негравитационные взаимодействия между объектами.
Это заставило ученых искать модификации и даже альтернативы общей теории относительности. Их цель — единая теория, описывающая все силы одинаково. Так что любые предлагаемые модификации текущих теорий, которые пытаются сделать это, хотя и не соответствуют тому, что мы видим в реальной жизни, могут получить одобрение.
«Мы ожидаем, что полная теория гравитации будет отличаться от общей теории относительности, поскольку в теории существует много способов ее изменить», — пояснил астрофизик Димитриос Псалтис из Университета Аризоны.
«Мы обнаружили, что какой бы ни была правильная теория, она не может существенно отличаться от общей теории относительности, когда дело касается черных дыр. Тем самым мы существенно сокращаем пространство возможных модификаций».
Когда ученые впервые получили изображение тени черной дыры и кружащегося вокруг нее кольца раскаленного вещества, это подарило им новые способы проверки общей теории относительности.
Одним из них оказался размер самой тени. Эта тень представляет собой темную область в центре закрученной массы вещества, определяемую горизонтом событий — точкой, в которой даже скорости света недостаточно для достижения скорости убегания гравитационного притяжения черной дыры. Это означает, что из черной дыры не может вырваться даже свет. Поскольку это гравитационный эффект, размер области можно предсказать в рамках общей теории относительности.
Напомним, что M87 * — это сверхмассивная черная дыра, масса которой в 6,5 миллиардов раз больше массы Солнца. Математика общей теории относительности может использовать эту массу, чтобы предсказать на редкость точный размер теневой области.
«Получив фото черной дыры, мы не могли задать вопрос: насколько теория гравитации может отличаться от общей теории относительности и при этом соответствовать размеру тени?» — пояснил астрофизик Пьер Кристиан из Университета Аризоны. «Мы задавались вопросом, можно ли отбраковать некоторые из альтернатив на основе фактических данных».
Общая теория относительности уже успешно прошла несколько испытаний в Солнечной системе. Сначала исследователи измерили смещение орбиты Меркурия вокруг Солнца. Затем — изгиб звездного света по кривизне пространства-времени вокруг массивного объекта, в данном случае Солнца. Наконец, они провели точные измерения расстояний между планетами. Во всех случаях практически данные соответствовали теоретическим.
«Используя разработанный нами датчик, мы также доказали, что измеренный размер тени черной дыры в M87 * сужает пространство для маневра модификаций общей теории относительности Эйнштейна почти в 500 раз по сравнению с предыдущими испытаниями в Солнечной системе», уверяет астрофизик Фериал Озель из Университета Аризоны.
Так что же, теория Эйнштейна непогрешима? Увы, это не так. Поиски возможных нестыковок продолжаются — не потому, что астрофизики ненавидят общую теорию относительности, а потому, что каждый тест дает новые ограничения и новые инструменты для следующего. Конечная цель их работы — выявить наконец отличия между общей теорией относительности и квантовой механикой. Чем больше данных подкрепляют теорию, тем уже область поиска, а потому ученые настроены весьма оптимистично.
