Физик РУДН: гравитационное эхо станет ключом к новой физике

Согласно общей теории относительности (ОТО), любой обладающий массой объект искажает пространство-время. Похожее явление возникнет, если, например, тяжелый металлический шарик положить на натянутую эластичную ткань. Чем больше масса такого шарика - тем глубже получится «ямка» в ткани. Аналогично, чем тяжелее объект, тем больше искажается пространство-время. Черные дыры – одни из самых массивных объектов во Вселенной – искривляют пространство-время сильнее других объектов. Если две черных дыры соединяются в одну, от места их слияния расходятся так называемые гравитационные волны. Их можно сравнить с обычными кругами на воде или со звуковыми волнами, но с важной особенностью – гравитационные волны не распространяются в пространстве, они сами и есть колебания пространства-времени. 

Со временем гравитационные волны от слияния черных дыр затухают, однако на финальной стадии может возникать так называемое эхо – дополнительное рассеяние гравитационных волн. Его можно сравнить с обычным акустическим эхом.  Достоверно существование гравитационного эха еще не подтверждено. Не существует также единого мнения о его возможном источнике. Физик РУДН совместно с коллегами из Чехии и России предположили, что в случае экспериментального подтверждения гравитационное эхо станет свидетельством «новой физики», уточняющей ОТО.

Гипотетически, черные дыры могут попадать под влияние соседних массивных объектов: активных ядер галактик, аккреционных дисков или облаков материи. Считалось, что на этих объектах и могут рассеиваться гравитационные волны, формируя эхо. Авторы исследования математически доказали, что на самом деле эхо от таких объектов или не возникает вовсе, или ничтожно мало.

Согласно расчетам физиков РУДН, чтобы скопление материи стало причиной эха, его масса должна быть как минимум сравнима с массой самой черной дыры. Однако обычно таких тяжелых объектов около черных дыр не наблюдается. Более того, если бы такие объекты все-таки нашлись, гравитационные волны от такой черной дыры выглядели бы по-другому уже на самых начальных стадиях слияния.

Вторым возможным объяснением эха могли бы стать специфические граничные условия на поверхности черной дыры. Чтобы вывести эти условия, астрофизикам придется пересмотреть свои представления о черных дырах – в рамках существующей теории  (ОТО) этого сделать нельзя. 

«Мы показали, что, если удастся зафиксировать эхо после финальной стадии слияния, это укажет не на некоторый массивный объект вблизи черной дыры, а на новую физику, описывающую поверхность компактных объектов», – говорит Роман Конопля, один из авторов работы, научный сотрудник Учебно-научного института гравитации и космологии РУДН.