Российские физики научились различать сверхкомпактные звёзды и черные дыры

“Мы показали, что черные дыры и сверхкомпактные объекты можно отличать по спектру рассеянных на них частиц”, – заявил один из авторов исследования

Ученые из московского физико-технического института (МФТИ) и других московских институтов нашли способ отличать черные дыры от сверхкомпактных массивных звезд. Внешне эти объекты очень похожи друг на друга, но определяются по энергетическому спектру частиц, пролетающих неподалеку в пространстве.

“Мы показали, что черные дыры и сверхкомпактные объекты можно отличать по спектру рассеянных на них частиц. Если мы не видим в нем дискретных уровней, то есть для частиц нет запрещённых значений энергии – то это черная дыра. Если спектр дискретный – то есть частицы могут быть только определенных энергий – то это не черная дыра”, – рассказал один из авторов исследования, сотрудник лаборатории физики высоких энергий МФТИ, Федор Попов.

Где время останавливается

Черные дыры, существование которых предсказывал еще Эйнштейн, имеют горизонт событий – границу, из-за которой ничто, даже свет, не может вернуться во внешний мир.

Они возникают в результате гравитационного коллапса массивных звезд, истративших все свое термоядерное горючее и потому “схлопывающихся” под действием гравитации, которую уже не сдерживает никакие силы газового давления.

Как вычислить черные дыры

Российские физики из МФТИ, Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) и Национального Исследовательского Университета Высшая Школа Экономики (НИУ ВШЭ) теоретически описали поведение элементарных частиц в окрестностях черных дыр и массивных компактных объектов и вычислили их энергетические спектры. Оказалось, что вблизи поверхности сверхкомпактной звезды, радиус которой чуть больше радиуса Шварцшильда, есть область пространства, где частицы попадают в гравитационную “ловушку” – потенциальную яму, из которой они не могут выбраться.

Энергетический спектр частиц в потенциальной яме всегда дискретен, то есть частицы в нём могут обладать только строго определенными значениями энергий из какого-то конечного набора. В случае же черной дыры вблизи сферы Шварцшильда никаких потенциальных ям не возникает, и спектр частиц остаётся непрерывным. В своей работе авторы рассматривали только частицы одного класса – обладающие нулевым собственным моментом импульса или, как говорят, нулевым спином – но аналогичный эффект, позволяющий отличить черный и массивные компактные объекты, должен сохраняться и для всех остальных частиц.

Статья ученых МФТИ опубликована в журнале Physical Review D.

Напомним, что сейчас существует множество кандидатов в черные дыры – например, большинство исследователей уверено, что в центре нашей Галактики находится сверхмассивная черная дыра. Однако, прямых наблюдений черных дыр у астрофизиков пока нет, а одним из самых мощных косвенных подтверждений их существования стала недавняя регистрация гравитационных волн. Сигналы такой природы и интенсивности по расчётам могут излучить только сливающиеся черные дыры.