Почти сто лет назад Альберт Эйнштейн предсказал странный эффект. Если массивное тело вращается, то оно должно буквально «закручивать» вокруг себя пространство-время. Это явление называют эффектом увлечения инерциальных систем.
Долгое время оно оставалось почти философской идеей. Но сегодня у нас есть прямые наблюдательные подтверждения и они связаны с чёрными дырами.
Напомню, что в рамках общей теории относительности гравитация - это не сила в привычном смысле, а искривление пространства-времени. Масса создаёт «вмятину» (да, это неправильно, но сейчас такое объяснение уместно), а вращающаяся масса добавляет к ней ещё и «вихрь».
Если представить пространство как вязкую среду, то вращающаяся чёрная дыра ведёт себя как гигантская ложка, закручивающая мёд. Всё вокруг начинает слегка поворачиваться в сторону вращения дыры.
Это было бы логично, если бы мы рассматривали процессы, происходящие, например, в воде. Там вращение какого-то тела увлекало бы за собой самые разные объекты посредством этой среды. Но пространство само по себе - это лишь метрика. По крайней мере, так обычно это описывают в стандартной физике. Пространство - это ишь каркас, способ описания, модель, но не физическая субстанция. И по этой логике оно не должно было бы закручиваться вместе с массивным объектом. Но работает всё именно так.
Математическое описание такой вращающейся чёрной дыры дал в 1963 году Рой Керр. Его решение уравнений Эйнштейна известно как метрика Керра. В отличие от «обычной» (невращающейся) чёрной дыры, объект Керра обладает угловым моментом и именно он вызывает закручивание пространства.
У такой дыры есть особая область эргосфера. Внутри неё пространство закручено настолько сильно, что оставаться неподвижным относительно далёкой Вселенной уже невозможно. Всё обязано вращаться вместе с чёрной дырой.
Это не метафора. Даже свет внутри эргосферы частично «утащен» вращением. Теоретически из этой области можно извлекать энергию вращения - такой механизм предложил Роджер Пенроуз. Этот взгляд долго вызывал противоречия. Ведь если нет среды, то и работать оно так не должно.
Ключевые подтверждения пришли из наблюдений рентгеновских двойных систем и активных галактических ядер. Особенно важны данные рентгеновских обсерваторий, таких как NASA и ESA.
Один из ярких примеров - чёрная дыра в системе Cygnus X-1. Анализ излучения аккреционного диска показал, что внутренняя граница диска находится ближе к горизонту событий, чем это возможно для невращающейся дыры. Это означает, что объект быстро вращается, а значит, пространство вокруг него закручено. Ну и никакой окружающей материи там, а значит закрутило само пространство.
Ещё более впечатляющие данные пришли от миссии Gravity Probe B, которая измерила эффект увлечения пространства вокруг Земли. Да, даже наша планета слегка закручивает пространство, но в случае чёрных дыр эффект становится колоссальным.
Кроме того, радиоинтерферометр Event Horizon Telescope, получивший изображения тени чёрной дыры в галактике Messier 87, подтвердил, что структура излучения соответствует модели вращающейся (керовской) чёрной дыры.
В экстремальных условиях теория Эйнштейна продолжает работать. Мощные релятивистские струи, вырывающиеся из центров галактик, вероятно, питаются энергией вращения чёрной дыры. Без эффекта увлечения пространства объяснить их трудно. Слияния вращающихся чёрных дыр, зарегистрированные детекторами вроде LIGO, несут в себе «подпись» их вращения. И эта подпись совпадает с предсказаниями теории.
Самое поразительное, что вращается не просто объект. Вращается сама ткань реальности. Пространство тут активный участник. Другое дело, что идея о нематериальности пространства тогда уже не кажется такой логичной.
Чёрная дыра крутится и не просто «находится» в пространстве. Она изменяет его структуру, создаёт вихрь, который влияет на движение материи и света.
И каждый раз, когда новые наблюдения подтверждают такие предсказания, становится ясно, что уравнения, написанные Эйнштейном более века назад, по-прежнему описывают Вселенную с поразительной точностью.
Да, Эйнштейн снова оказался прав.
Не забывайте ставить лайки статье! Это важно для развития проекта.
Канал проекта в Telegram с эксклюзивными материалами!
Канал проекта в IMO, чтобы не потеряться