Уравнения Эйнштейна указывают, что гравитация может «разрываться», пересоединяться и высвобождать энергию
Физики, изучая теорию гравитации Эйнштейна, обнаружили теоретическую возможность пересоединения гравитационных полей с передачей энергии материи. Процесс напоминает магнитное пересоединение, вызывающее солнечные вспышки.
Физики, взглянув на уравнения теории гравитации Альберта Эйнштейна с иной математической стороны, обнаружили теоретическую возможность: лежащие в основе гравитационных полей структуры могут разрываться и вновь соединяться, передавая энергию от гравитации материи. Явление назвали «гравитационным пересоединением». Оно напоминает процесс, стоящий за одними из самых мощных извержений на Солнце, и может помочь понять поведение гравитации в экстремальных условиях, в том числе при столкновениях чёрных дыр.
Исследование провели Лука Комиссо, научный сотрудник факультетов астрономии и физики и Астрофизической лаборатории Колумбийского университета (США), и Фелипе Асенхо из Университета Адольфо Ибаньеса в Чили. Они заметили сходство между гравитацией и плазмой — электрически заряженными газами.
Аналогия с солнечной вспышкой
В плазме линии магнитного поля могут растягиваться и скручиваться, а при определённых условиях внезапно меняют соединения и высвобождают накопленную энергию. Это называют магнитным пересоединением. По словам Комиссо, энергия переходит от магнитного поля к частицам плазмы, вызывая взрывы и энергичные события.
Гравитация действует в четырёхмерном пространстве-времени, поэтому в её математическом описании вместо линий присутствуют «листы» поля. Исследователи подчёркивают: это математические представления, а не физические поверхности, которые буквально рвутся.
Скрытые правила
Работа «Reconnection of Gravitational Fields» опубликована в журнале Physical Review D. Она опирается на более раннюю статью в Physical Review Letters, написанную Комиссо, Асенхо и Маркармен Винклер, где определены ограничения на возможные изменения геометрии пространства-времени. В новой работе авторы изучили, что происходит, когда идеальные условия, обычно сохраняющие связи, перестают выполняться.
Подход использует сформулированную в последние годы форму уравнений Эйнштейна, математически эквивалентную исходной, но схожую с уравнениями физики плазмы.
Что это значит для чёрных дыр
Слияния чёрных дыр обычно изучают с помощью суперкомпьютерных симуляций, помогающих предсказывать гравитационные волны. Их регистрируют такие приборы, как LIGO — лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория. Новые правила могут дополнить эти симуляции.
Пока это лишь теоретический результат: не установлено, как процесс протекает в реальных астрофизических условиях и можно ли наблюдать его последствия. Следующий шаг — изучение в конкретных ситуациях, прежде всего при слиянии чёрных дыр. Комиссо надеется, что удастся оценить высвобождаемую энергию и выяснить, оставляет ли пересоединение узнаваемые следы в сигналах гравитационных волн. Исследование поддержали Национальный научный фонд США и NASA.
