Доказано математически, как Вселенная отзеркаливается вблизи черных дыр

В окрестностях черных дыр пространство настолько искривлено, что даже лучи света могут выгибаться вокруг них по несколько раз. С помощью этого явления можно увидеть несколько версий одной и той же вещи.

Хотя об этом было известно на протяжении десятилетий, только сейчас получено точное математическое выражение благодаря Альберту Снеппену, студенту Института Нильса Бора, о чем рассказывают в указанном научно-исследовательском институте. Результат, который даже более полезен для реалистичных черных дыр, был недавно опубликован в журнале Scientific Reports.

Вы, наверное, слышали о черных дырах — удивительные гравитационные сгустки, из которых не может выбраться даже свет. Возможно, вы также слышали, что само пространство и даже время ведут себя странно у черных дыр; пространство искривлено.

В окрестностях черной дыры пространство искривлено настолько, что лучи света отклоняются, а очень близкий свет может отклоняться так, что несколько раз обходит черную дыру. Итак, когда мы наблюдаем дальнюю фоновую галактику (или какое-то другое небесное тело), нам может повезти видеть одно и то же изображение галактики несколько раз, хотя и все более искаженное.

Галактики в нескольких версиях

Механизм показан на рисунке ниже: далекая галактика светит во всех направлениях — часть ее света приближается к черной дыре и слегка отклоняется; некоторая часть света приходит еще ближе и обходит вокруг дыры один раз, прежде чем бежать от нас, и так далее. Смотря близко к черной дыре, мы видим все больше и больше вариантов той же галактики, чем ближе к краю дыры мы смотрим.

Свет из фоновой галактики обходит вокруг черной дыры все большее и большее количество раз, подходя ближе к дыре, поэтому мы видим одну и ту же галактику в нескольких направлениях (рисунок: Peter Laursen).

Насколько ближе выглядит следующее изображение к черной дыре от предыдущего? Результат известен более 40 лет и составляет примерно 500 раз (для поклонников математики, это "экспоненциальная функция двух пи", записывается как e^2π).

Обсчитать это настолько сложно, что до недавнего времени мы еще не имели математической и физической интуиции относительно того, почему этот коэффициент является именно таким. Но, используя некоторые сообразительные математические ухищрения, студент магистратуры Альберт Снеппен из Центра космического рассвета — базового исследовательского центра как Института Нильса Бора, так и Национального космического института при Техническом университете Дании — теперь сумел доказать, почему это происходит так.

"Сейчас есть что-то фантастически красивое в понимании того, почему изображения повторяются настолько элегантно. Кроме того, это дает новые возможности для проверки нашего понимания гравитации и черных дыр", - уточняет Альберт Снеппен.

Доказательство чего-либо математически является не только приятным само по себе, более того, это приближает нас к пониманию этого удивительного явления. Коэффициент "500" непосредственно вытекает из того, как работают черные дыры и гравитация, поэтому повторение изображений теперь становится способом изучения и проверки гравитации.

Вращающиеся черные дыры

Абсолютно новым является то, что метод Снеппена можно обобщить, применяя не только к "тривиальным" черным дырам, но и к черным дым, которые вращаются. Что, собственно, они все и делают.

"Оказывается, когда она вращается очень быстро, вам больше не придется приближаться к черной дыры в 500 раз, а гораздо меньше. Фактически, каждое изображение теперь только в 50, или в 5, а то и в два раза ближе к краю черной дыры", - объясняет Альберт Снеппен.

Рисунок: Peter Laursen

Необходимость смотреть в 500 раз ближе к черной дыре для каждого нового изображения означает, что изображение быстро «сжимаются» в одно кольцевое изображение, как видно на рисунке. На практике многие изображений будет трудно наблюдать. Но когда черные дыры вращаются, остается больше места для «дополнительных» изображений, поэтому мы можем надеяться на наблюдательное подтверждение теории в не слишком отдаленном будущем. Таким образом, мы можем узнать не только о черных дырах, но и о галактиках, которые стоят за ними:

Время путешествия света увеличивается, чем больше раз ему приходится обходить черную дыру, поэтому изображение все больше "задерживаются". Если, например, звезда взрывается как сверхновая в фоновой галактике, можно было бы видеть этот взрыв снова и снова.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.