Меню

Новое исследование показывает, что тень черной дыры подчиняется теории Эйнштейна

Общая теория относительности — наиболее проверяемая концепция, созданная человеческим гением. Более века проходят тест за тестом, и ни один из них не смог опровергнуть фундаментальные принципы ОТО. Но даже в таких академически выверенных условиях существует группа физиков, полагающая, что есть определенное пространство для маневра. По их мнению, хотя результаты всех тестов согласуются с ОТО, нельзя исключать модифицированных версий, предлагаемых в качестве альтернативы.

В качестве такого примера «испытывается» сверхмассивная черная дыра на расстоянии 55 миллионов световых лет, которая была выбрана для «самой строгой проверки» теории относительности. Речь идет об объекте M87, исследуемого коллаборацией Event Horizon Telescope.

Самая строгая проверка теории относительности

Общая теория относительности считается научным концептом, так как отлично подходит для предсказания гравитационных взаимодействий, выявляемых на макроуровне. Однако она математически несовместима с квантовой механикой; правила, которые помогают нам моделировать негравитационные взаимодействия между объектами, остаются зыбкими и математически призрачными.

Естественно, сей прекрасный факт заставляет ученых искать модификации и даже альтернативы общей теории относительности. Цель весьма благородная - единая теория, позволяющая одинаково описывает все силы природы. Только беда в том, что любые предлагаемые модификации текущих теорий не соответствуют тому, что мы видим в реальной жизни. Или, по крайней мере, считаются таковыми, - любая теория становится научной только после того, как получает одобрение со стороны научного сообщества.

«Мы ожидаем, что универсальная теория гравитации будет отличаться от общей теории относительности, но есть много способов ее изменить», - говорит астрофизик Димитриос Псалтис из Университета Аризоны.

«Мы обнаружили, что какой бы ни была правильная теория, она не может существенно отличаться от общей теории относительности, когда дело касается черных дыр. Мы действительно сократили пространство возможных модификаций».

Тень черной дыры поможет астрофизикам испытать теорию относительности ЭйнштейнаКогда ученые впервые получили изображение тени черной дыры и кружащегося вокруг нее кольца горячего материала, это дало нам новые способы проверки общей теории относительности. Одним из них был размер тени.

Эта тень представляет собой темную область в центре закрученной массы, определяемой горизонтом событий - точкой, в которой даже скорости света недостаточно для преодоления гравитационного притяжения. Это означает, что черная дыра не может светить. Поскольку мы имеем дело с гравитационным эффектом, размер анализируемой области можно предсказать в рамках ОТО.

M87 - это сверхмассивная черная дыра, имеющая космические масштабы - она 6,5 миллиардов раз больше массы Солнца. Математика ОТО может использовать эту массу, чтобы предсказать очень точный размер тени, то есть пространства, откуда свет не в состоянии вырваться «вовне».

Когда изображение черной дыры было впервые получено, это был один из первых проведенных тестов - и, конечно же, размер тени был таким, как предсказывалось.

«В то время мы не могли задать противоположный вопрос: насколько теория гравитации отличима от общей теории относительности и при этом соответствует размеру тени», - рассуждает астрофизик Пьер Кристиан из Университета Аризоны.

«Мы задавались вопросом, можно ли что-нибудь сделать с этими наблюдениями, чтобы отбраковать некоторые из альтернатив».

Общая теория относительности прошла несколько испытаний в Солнечной системе. То, как орбита Меркурия смещается вокруг Солнца, - наиболее известный случай тестирования теории Эйнштейна. Другой способ - изгиб звездного света по кривизне пространства-времени вокруг массивного объекта, такого, как Солнце. Точные измерения расстояний между планетами дают еще одну вариацию проверки ОТО.

Несколько модификаций общей теории относительности также прошли испытания Солнечной системой. Для каждой альтернативной теории гравитации команда определяла уникальные характеристики, которые предсказывают тень черной дыры. Объект исследования тот же — М87.

Научный интерес в том, согласуется ли теория с наблюдениями, полученными телескопом Event Horizon. Полученные данные позволили исключить некоторые из предложенных трактовок общей теории относительности.

«Используя разработанный нами датчик, мы показали, что размер тени черной дыры M87 сужает пространство для маневра модификаций общей теории относительности Эйнштейна почти в 500 раз по сравнению с предыдущими испытаниями в солнечной системе», - говорит астрофизик Фериал Озель из Университета Аризоны.

Это не означает, что общая теория относительности не может быть нарушена, и поиски этого продолжаются - не потому, что астрофизики ненавидят ОТО, а потому, что каждый тест продуцирет новые ограничения и новые инструменты для следующего теста. Тем самым создается опытная база для объединения теории относительности и квантовой механики.

Напомним, коллаблоация Event Horizon Telescope былf недавно обновлена, к ней подсоединены три новых телескопа. В следующем году будет проведена новая серия наблюдений, запланированы ряд испытаний, о которых физики стараются помалкивать. Единственное, что известно — тестирование пройдет в рамках наблюдений за гравитационными волнами.

Добавил:Всеволод Гордиенко Дата:2020-10-03 Раздел:Физика