space

Черные дыры, деформируют вселенную

Категория: Наблюдения

Представьте себе галактику, отраженную в веселом домашнем зале зеркал. Вы увидите галактику, повторяющуюся снова и снова, с каждым изображением становится все более гротескной и искаженной.

Вот как вселенная смотрит возле горизонта событий черной дыры, одно из самых деформированных мест в космосе. Хотя физики имели некоторые предыдущие идеи о том, как такие области выглядели, новый расчет показал именно то, что вы увидите вокруг черных дыр, открывая потенциальные новые способы тестирования теории общими относительности Эйнштейна.

Вокруг и около

Световые лучи проглатываются горизонтом события черной дыры, точка, в которой ничто не может избежать массивного гравитационного воздействия.

Но если бы вы поместили галактику за черную дыру, а затем посмотрите на сторону, вы увидите искаженное изображение галактики. Это потому, что какой-то свет от галактики едва воспользуется краями черной дыры, не падая.

Из-за крайней тяжести черной дыры такой свет согнулся к вашей линии зрения. Странно, галактика, кажется, была бы далеко от черной дыры, а не прямо за ним. Гравитация вокруг черных дыр настолько интенсивна, а пространство — время настолько невероятно искривлена, что на определенном расстоянии сам свет может вращаться на орбите черных дыр.

Некоторые из света с фона Галактики даже попадают в ловушку, зацикливаются навсегда. Однако свет должен прийти на точное правильное расстояние от черной дыры, чтобы попасть в ловушку на орбите.

Он также может ударить черную дыру под углом, который позволяет ему сделать один (или много) петель, прежде чем в конечном итоге выбежать. Глядя на край черной дыры, ваши глаза увидят одно изображение фона Галактики от отпущенного света.

Затем вы увидите второе изображение галактики от световых лучей, которые удалось сделать одну орбиту перед выбегом — а затем снова от световых лучей, которые сделали две орбиты, а затем три и т. д.

На протяжении десятилетий физикам известно, что каждое изображение — это E ^ 2π, ближе, чем последний. В этой формуле E является основой натурального логарифма, и она равномерно составляет 2,7182. Pi — еще одно иррациональное число, которое составляет около 3,14159, поэтому E ^ 2π выходит в число, очень близко к 500.

Это означает, что каждое повторение одного и того же фонового объекта примерно в 500 раз ближе к краю черной дыры, чем последний.

Сделать это тяжело

Хотя физики могут получить этот простым результатом с использованием расчетов ручек и бумаги, они не были уверены, если бы особый фактор 500 был полностью точным, если бы они внимательно посмотрели на поведение комплексной кривизны пространства-времени вблизи черных дыр.

В результатах, опубликованных в новом исследовании, Альберт Снеппен, аспирантуру в Институте Нильса Бора в Университете Копенгагена в Дании, использовал численные методы для моделирования физики световых лучей, орбиты (и избежание) окрестности черных дыр.

Его результаты появились 9 июля в журнале Научные отчеты. «В настоящее время есть что-то фантастически красивое понимание, почему изображения повторяют себя таким элегантным образом», — сказал Снеппен в заявлении.

Снаппен обнаружил, что фактор 500 применяется только к упрощенным, неподвижным черным отверстиям. Черные отверстия в реальной вселенной вращаются, что меняет способ их света, которые их их — которые, в свою очередь, меняется, как далеко друг от друга появляются изображения.

«Оказывается, когда он вращается очень быстро, вам больше не нужно приближаться к черной дыре в 500-х гору, но значительно меньше», — сказал Снеппен. «На самом деле каждое изображение сейчас составляет всего 50 или пять или даже до двух раз ближе к краю черной дыры».

Поскольку вращение черной дыры поворачивает пространство-время вокруг него, каждое последовательное изображение фонового объекта появляется льдиной. Таким образом, самое дальнее изображение появится относительно неискаженным, в то время как ближайшее изображение может быть полностью неузнаваемо.

В веселый дом

Технически, существует бесконечное количество повторных изображений фоновых объектов, каждая ближе к горизонту события.

На практике люди могут никогда не увидеть их, потому что только несколько будут разрешены даже с самыми мощными телескопами. Но эти немногие дали бы мощную перспективу в сердце общей теории относительности, математической теории, которая описывает гравитацию.

В 2019 году телескоп событий Horizon Telectope, охватывающих весь глобус, создал первое изображение «тени» черной дыры на окружающем газе и пыли. Этот телескоп не был достаточно сильным, чтобы захватить несколько изображений фоновых объектов, но смогут к будущим телескопам.

Сравнение того, насколько реальными объектами отличаются от того, что мы ожидаем от расчетов, таких как Sneppen, обеспечит беспрецедентное испытание общей теории относительности.

Если, например, был сверхновой — сверхдержавший взрыв умирающей звезды — за черной дырой мы бы увидим, что сверхновая выходила несколько раз. Каждое изображение будет задерживаться определенной суммой, в зависимости от того, сколько раз он образует черную дыру, позволяя исследователям сравнивать их теории с реальностью. Мы просто должны были быть готовы смотреть в пустоту достаточно долго.

 

Поделиться с друзьями: