Существование черных дыр можно напрямую доказать без обнаружения экзотических объектов. Дыры сами выдадут себя, закручивая проходящий мимо них свет.
В исследованиях, так или иначе касающихся общей теории относительности (ОТО), не так часто открытие нового явления становится проверкой всей теории и добавляет новый инструмент для исследования Вселенной. Примером таких явлений может служить гравитационное линзирование, в существование которого не особо верил сам Альберт Эйнштейн, но благодаря которому сегодня успешно исследуется крупномасштабная структура Вселенной. Эффект Шапиро, предсказанный в 1964 году и состоящий в том, что вблизи массивных тел электромагнитные волны распространяются медленнее, недавно позволил астрономам взвесить самый массивный из известных радиопульсаров.
Ученые из Шведского института космической физики под руководством Фабрицио Тамбурини описали новый релятивистский эффект, который, как они уверены, может стать прямым доказательством существования черных дыр. Несмотря на то, что черным дырам сегодня посвящаются тысячи научных работ, эти объекты, существование которых вытекает из общей теории относительности, до сих пор формально считаются гипотетическими. «С одной стороны, все более или менее все уверены, что они существуют, но доказать то, что мы изучаем именно черные дыры, трудно», -- пояснил на недавней лекции в Политехническом музее старший научный сотрудник отдела релятивистской астрофизики ГАИШ МГУ Сергей Попов. Чтобы получить прямое доказательство существования черных дыр, астрофизики мечтают найти совершенно особый объект, например -- радиопульсар в паре с черной дырой. Если бы мы видели такую систему с ребра, а луч пульсара еще и «сканировал» бы окрестности черной дыры, это дало бы возможность напрямую наблюдать эффекты, предсказанные ОТО.
Группа Тамбурини считает, что помочь в этом могут сами черные дыры, только вращающиеся, так называемые керровские. В 1963 году австралийский математик Рой Керр нашел полное решение уравнений гравитационного поля для вращающейся черной дыры. Тогда астрофизики, наконец, получили математическое описание геометрии пространства-времени, окружающего массивный вращающийся объект.
Такие объекты увлекают в свое вращение окружающее пространство-время, причем, черная дыра -- наиболее интенсивно. Шведские ученые показали, что фотоны, рожденные вблизи вращающейся черной дыры, должны приобретать характерный отпечаток, который станет неопровержимым доказательством ее существования. Квантовая величина, называемая полным угловым моментом фотона, представляет сумму орбитального L и спинового S момента. Орбитальный момент L=l*ħ, где l – целые числа, а ħ – приведенная постоянная Планка.
Черная метка
Проведя компьютерное моделирование, физики показали, что вращение черной дыры действует особым образом на орбитальный момент рождающегося вблизи нее фотона. Такие фотоны могут рождаться, к примеру, внутри аккреционного диска вокруг черной дыры. Свет (а в общем случае -- кванты любой длины волны электромагнитного излучения) оказывается закрученным – векторы орбитального момента фотонов как бы навиваются на винтовую лестницу.
Определить подобные характеристики излучения можно, используя уже существующие крупнейшие телескопы, говорят ученые. Для этого инструменты необходимо оснастить особыми приборами, например – голографическими детекторами – и специальным программным обеспечением. Основные надежды ученые пока связывают с самыми крупными радиотелескопами -- VLA в США и строящейся установкой ALMA в Чили, которая станет самым большим астрономическим инструментом в истории. Работа ученых опубликована в журнале Nature Physics.
