Согласно новому исследованию, когда сверхмассивные черные дыры отскакивают от столкновения, они могут достигать скорости до 1/10 скорости света. «Хайтек» рассказывает главное о выводах ученых.
Физики определили новый предел скорости для самых экстремальных столкновений во Вселенной. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Physical Review Letters, «максимально возможная скорость отдачи» сталкивающихся черных дыр превышает колоссальные 102 млн км/ч — примерно одну десятую скорости света. По словам авторов исследования, этот пик возникает, когда условия столкновения достигают переломного момента между двумя черными дырами. Они либо сливаются вместе, либо рассеиваются по мере сближения.
Исследователи надеются математически доказать, что эту скорость нельзя превысить, используя уравнения относительности Эйнштейна. Потенциально, это может повлиять на фундаментальные законы физики.
Изображение в: Wikimedia Commons | Сведения о лицензии
Источник: NOIRLab/AURA/NSF/P. Marenfeld
Недавно обнаруженное ограничение скорости может быть частью более широкого набора физических законов, которые влияют на все «от самых маленьких до самых больших объектов во Вселенной», пишут ученые.
Как двигаются черные дыры?
Когда две черные дыры проходят близко друг к другу, они либо сливаются, либо вращаются вокруг общего центра масс, прежде чем разлететься. Их поведение зависит от их разделения в точке наибольшего сближения.
Чтобы определить максимально возможную скорость отдачи разлетающихся черных дыр, ученые использовали суперкомпьютеры, чтобы провести численное моделирование. Расчеты соотнесли с уравнениями общей теории относительности, которые описывают развитие двух взаимодействующих черных дыр.
Хотя люди пытаются решить эти уравнения более 50 лет, численные методы прогнозирования размера гравитационных волн в результате таких столкновений разработали только в 2005 году — всего за 10 лет до того, как сами гравитационные волны впервые обнаружили с помощью Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO).
«Землетрясения» в ткани пространства-времени
С тех пор LIGO наблюдал почти 100 столкновений черных дыр. Сравнение данных одного такого столкновения с данными численной теории относительности выявило «эксцентричную» или эллиптическую траекторию черной дыры. Раньше ученые думали, что ЧД, сближающиеся друг с другом, будут двигаться по спирали друг к другу по почти круговым орбитам. Открытие эллиптических орбит расширило диапазон возможных столкновений и побудило ученых искать экстремальные сценарии столкновений.
Физики рассмотрели, как корректировка четырех параметров повлияла на результат гравитационного взаимодействия между двумя черными дырами: начальный импульс черных дыр, расстояние между ними в точке наибольшего сближения, ориентацию любого вращения черной дыры вокруг ее собственной оси и величину этого вращения.
Источник: ESO/L. Calçada
Проведя 1 381 моделирование, каждое из которых занимало две-три недели, исследователи обнаружили пик возможных скоростей отдачи для черных дыр с противоположными спинами, проходящим мимо друг друга. В то время как черные дыры излучают гравитационное излучение во всех направлениях, противоположные вращения искажают это излучение, создавая тягу, которая увеличивает скорость отдачи.
Новая фундаментальная физика
По словам физиков, «переломный момент», который определяет, сольются ли две сталкивающиеся черные дыры или отскочат, зависит от некоторой изменчивости их орбит. Ученые сравнивают это взаимодействие с плавным фазовым переходом, в отличие, например, от взрывных. Например, нагретой воды, где конечное количество скрытой теплоты впитается до того, как все закипит. Исследователи также заметили, что может напоминать масштабные коэффициенты, характерные для этих фазовых переходов, хотя для их окончательной идентификации необходимы дальнейшие симуляции с высоким разрешением.
Что в итоге?
Тем не менее, эти аспекты результатов намекают на возможность существования «всеобъемлющего принципа», который применим в масштабах от атомов до сталкивающихся черных дыр.
Более того, хотя объединение двух основных столпов фундаментальной физики — общей теории относительности для гравитации и квантовой теории для других фундаментальных сил — остается неуловимым, описания черных дыр тесно связаны с несколькими теориями, которые открыли бреши в барьерах между ними.
Читать далее:
Физики впервые наблюдали «кольца Алисы»: квантовый вход в «зазеркалье»
Посмотрите, как Сатурн максимально приблизился к Земле
Физики наблюдали впервые квантовое состояние, предсказанное 50 лет назад: почему это важно
Обложка: НАСА