Teraz máme presnú matematiku na opis toho, ako čierne diery odrážajú vesmír

Umelcov dojem fotónov otáčajúcich sa okolo čiernej diery. (Nicolle R. Fuller/NSF)

Nový súbor rovníc dokáže presne opísať odrazy vesmíru, ktoré sa objavujú v pokrivenom svetle okolo a čierna diera .

Blízkosť každého odrazu závisí od uhla pozorovania vzhľadom na čiernu dieru a rýchlosti rotácie čiernej diery, podľa matematického riešenia vypracovaného študentom fyziky Albertom Sneppenom z Inštitútu Nielsa Bohra v Dánsku.

To je naozaj skvelé, absolútne, ale nie je len naozaj super. Potenciálne nám tiež poskytuje nový nástroj na sondovanie gravitačného prostredia okolo týchto extrémnych objektov.



'Je niečo fantasticky krásne v tom, ako teraz chápeme, prečo sa obrazy opakujú takým elegantným spôsobom,' povedal Sneppen . „Okrem toho poskytuje nové príležitosti na testovanie nášho chápania gravitácie čierne diery .'

Ak sú čierne diery niečím známe, tak je to ich extrémna gravitácia. Konkrétne, že za určitým polomerom je najrýchlejšia dosiahnuteľná rýchlosť vo vesmíre, rýchlosť svetla vo vákuu, nedostatočná na dosiahnutie únikovej rýchlosti.

Tým bodom, odkiaľ niet návratu, je horizont udalostí – definovaný tým, čo sa nazýva Schwarszchildov polomer – a to je dôvod, prečo hovoríme, že z gravitácie čiernej diery nemôže uniknúť ani svetlo.

Tesne mimo horizontu udalostí čiernej diery je však aj životné prostredie vážne šialené . Gravitačné pole je také silné, že zakrivenie časopriestoru je takmer kruhové.

Akékoľvek fotóny vstupujúce do tohto priestoru budú, prirodzene, musieť nasledovať toto zakrivenie. To znamená, že z našej perspektívy sa dráha svetla javí ako pokrivená a ohnutá.

Na samom vnútornom okraji tohto priestoru, hneď za horizontom udalostí, môžeme vidieť to, čo sa nazýva fotónový prstenec, kde fotóny niekoľkokrát obiehajú okolo čiernej diery predtým, než spadnú k čiernej diere alebo uniknú do vesmíru.

To znamená, že svetlo zo vzdialených objektov za čiernou dierou možno niekoľkokrát zväčšiť, skresliť a „odraziť“. Hovoríme o tom ako o gravitačnej šošovke; účinok možno vidieť aj v iných kontextoch a je aužitočný nástroj na štúdium vesmíru.

Takže o efekte už nejaký čas vieme a vedci prišli na to, že čím bližšie sa pozriete na čiernu dieru, tým viac odrazov uvidíte od vzdialených objektov.

Aby ste sa dostali z jedného obrázku na ďalší, museli ste sa pozrieť asi 500-krát bližšie k optickému okraju čiernej diery alebo k exponenciálnej funkcii dvoch pi ( a 2 str), ale prečo to tak bolo, bolo ťažké matematicky opísať.

Sneppenovým prístupom bolo preformulovať trajektóriu svetla a kvantifikovať jej lineárnu stabilitu pomocou diferenciálne rovnice druhého rádu . Zistil, že jeho riešenie nielen matematicky opisuje, prečo sa obrázky opakujú vo vzdialenostiach a 2 str, ale že by to mohlo fungovať pre rotujúcu čiernu dieru - a táto opakovaná vzdialenosť závisí od rotácie.

'Ukazuje sa, že keď rotuje naozaj rýchlo, už sa nemusíte k čiernej diere približovať 500-krát, ale podstatne menej,' povedal Sneppen . 'V skutočnosti je teraz každý obrázok len 50, alebo päť, alebo dokonca len dvakrát bližšie k okraju čiernej diery.'

V praxi to bude ťažké pozorovať, prinajmenšom v blízkej dobe – stačí sa pozrieť na intenzívne množstvo práce, ktoré bolo vynaložené na nevyriešené zobrazovaniesvetelný prstenec okolo supermasívnej čiernej diery Pōwehi (M87*).

Teoreticky by však okolo čiernej diery mali byť nekonečné svetelné prstence. Keďže sme už raz zobrazili tieň supermasívnej čiernej diery, je dúfajme, že je len otázkou času, kedy sa nám podarí získať lepšie obrázky.plány na zobrazenie fotónového kruhu.

Jedného dňa by nekonečné obrázky v blízkosti čiernej diery mohli byť nástrojom na štúdium nielen fyziky časopriestoru čiernej diery, ale aj objektov za nimi - opakovaných v nekonečných odrazoch na orbitálnej večnosti.

Výskum bol publikovaný v r Vedecké správy .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.