За горизонтом событий черных дыр: прощальный “вальс” света
Черные дыры — это своего рода «богачи» на «рынке» Вселенной, где «валютой» считается вещество. Как деньги прилипают к деньгам, так и масса притягивается к массе. Чем больше запас, тем быстрее он увеличивается. Соблазн пополнить «карман» черной дыры настолько велик, что ничего в космосе не может покинуть ее пределы, если пересечет так называемый горизонт событий.
Астрономам и физикам до сих пор неясно, хорошо ли общая теория относительности Эйнштейна описывает законы гравитации при экстремальные условиях, существующих в чреве черных дыр. Что если, подобно классической динамике Ньютона, неприменимой к объектам, движущимся со скоростями, близкими к скорости света, теория Эйнштейна не работает, когда гравитация достигает чудовищной силы?
Чтобы выяснить это, ученые со всех возможных ракурсов исследуют невидимые массивные объекты. Коллектив LIGO-Virgo в течение 5 лет «ловит» гравитационные волны, которые возникают после очередного поглощения вещества черной дырой или слияния двух небольших черных дыр в более крупную. Исследовательская группа Event Horizon Telescope сосредоточилась на изучении теней черных дыр.
Технические возможности позволяют фиксировать потрясающие явления, многое рассказывающие о свойствах черных дыр. Но ни одно наблюдение пока не может раскрыть, что происходит за горизонтом событий. Остается лишь строить теории и искать им косвенные подтверждение в явлениях, доступных для наблюдения.
Одну из таких теорий построили исследователи из Института гравитационной физики Макса Планка в Германии и Университета Авейру в Португалии. Теория предсказывает, что в области, лежащей за горизонтом событий, гравитация так сильно искажает прямолинейную траекторию движения света, что его путь замыкается сама на себя. Между горизонтом событий и центром черной дыры образуются круговые орбиты фотонов или световые кольца. В статье, опубликованной в Physical Review Letters, предполагается, что у каждой черной дыры должно быть, по крайней мере, одно световое кольцо.
Чем обогатит науку изучение этих легких колец? Ученые верят, что их свойства могут содержать важную информацию о черной дыре. Измерение этих свойств может открыть прямое окно в неуловимый мир сильной гравитации вблизи черной дыры и дать ответ на ключевой вопрос: нужно ли менять существующие теории гравитации, когда речь заходит о черных дырах.
Авторы исследования Педро Кунья и Карлос Хердейро попытались объяснить феномен световых колец, не прибегая к общей теории относительности. Вместо того, чтобы использовать уравнения движения, ученые обратили внимание на то, как пространство-время должно проявлять себя вблизи черной дыры и далеко от нее. В результате, они пришли к выводу, что вращающаяся черная дыра должна иметь, как минимум, два крутящихся световых кольца. Одно из них должно вращаться в том же направлении, что и черная дыра, другое — в противоположном.
Звучит довольно захватывающе, однако теория Куньи и Хердейро построена на ряде предположений. Самым спорным является следующее. Ученые допустили, что вдали от черной дыры нет гравитационного поля. Расширение Вселенной свидетельствует об обратном. Даже на большом удалении от массивных объектов есть хотя бы крошечное гравитационное поле. В будущих работах исследователи планируют изменить некоторые из своих допущений и оценить, как это повлияет на их теорию.
