Физик-теоретик выяснил, как свет отражается возле черной дыры

Вблизи черных дыр пространство искривлено настолько, что возле них могут изгибаться даже лучи света

0 969

Вблизи черных дыр пространство искривлено настолько, что возле них могут изгибаться даже лучи света. Это явление может позволить нам увидеть несколько версий одного и того же объекта. Хотя это явление было известно на протяжении десятилетий, только теперь у нас есть точное математическое выражение, благодаря физику-теоретику Альберту Снеппену из Института Нильса Бора.

Все мы слышали о черных дырах – чудесных сгустках гравитации, из которых не может вырваться даже свет. Возможно, вы слышали, что само пространство и даже странно ведут себя около черных дыр.

Вблизи черной дыры пространство искривляется так сильно, что световые лучи отклоняются, а свет, который подходит близко к черной дыре может отклоняться так сильно, что несколько раз проходит вокруг черной дыры.

Следовательно, когда мы наблюдаем далекую фоновую галактику (или какое-то другое небесное тело), ​​нам может повезти увидеть одно и то же изображение галактики несколько раз, хотя и все более и более искаженное.

Галактики в нескольких версиях

Механизм показан на рисунке ниже: далекая светит во всех направлениях – часть ее света приближается к черной дыре и слегка отклоняется; какой-то подходит еще ближе и за один раз огибает дыру, прежде чем уйти к нам, и так далее.

Находясь рядом с черной дырой, мы видим все больше и больше версий одной и той же галактики.

от фоновой галактики оборачивается вокруг черной дыры тем большее количество раз, чем ближе он проходит к дыре, и поэтому мы видим одну и ту же галактику в нескольких направлениях. © Peter Laursen

Насколько близко к черной дыре нужно смотреть с одного изображения, чтобы увидеть следующее? Результат известен уже более 40 лет и насчитывает около 500 раз (для поклонников математики это более точно «экспоненциальная функция двух пи», записанная как e).

Вычислить это настолько сложно, что до недавнего времени еще не было математической и физической интуиции относительно того, почему это именно такой фактор. Но с помощью некоторых математических уловок Альберт Снеппен из Cosmic Center – центра фундаментальных исследований при Институте Нильса Бора и DTU Space – теперь сумел доказать, почему.

«Есть что-то фантастически красивое в понимании того, почему изображения повторяются таким элегантным образом. Кроме того, это дает новые возможности проверить наше понимание гравитации и черных дыр», – поясняет Альберт Снеппен.

Математическое доказательство приближает нас к пониманию этого чудесного явления. Фактор «500» напрямую следует из того, как работают черные дыры и гравитация, поэтому повторение изображений теперь стало способом исследовать и проверять гравитацию.

Вращающиеся черные дыры

В качестве совершенно новой функции метод Снеппена также можно обобщить для применения не только к «тривиальным» черным дырам, но и к вращающимся черным дырам.

«Оказывается, когда она вращается очень быстро, вам больше не нужно приближаться к черной дыре в 500 раз, а достаточно значительно меньше. Фактически, чтобы увидеть каждое новое изображение достаточно быть только в 50, или 5, или даже всего лишь в 2 раза ближе к краю черной дыры», – объясняет Альберт Снеппен.

Необходимость смотреть в 500 раз ближе к черной дыре для каждого нового изображения означает, что изображения быстро «сжимаются» в одно кольцевое изображение, как показано на рисунке.

Ситуация показана так, как мы на самом деле наблюдаем ее с Земли. Дополнительные изображения галактики становятся все более сжатыми и искаженными, чем ближе мы смотрим на черную дыру. © Peter Laursen

На практике наблюдать за множеством изображений будет сложно. Но когда черные дыры вращаются, появляется больше места для «лишних» изображений, поэтому ученые могут надеяться подтвердить теорию наблюдениями в не столь отдаленном будущем. Таким образом, мы можем узнать не только о черных дырах, но и о галактиках, стоящих за ними:

прохождения света увеличивается тем больше, чем больше раз ему приходится обходить черную дыру, поэтому изображения становятся все более «запаздывающими». Если, например, звезда взорвется как в галактике на заднем плане, можно будет видеть этот взрыв снова и снова.

Исследование было опубликовано в журнале Scientific Reports.

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x