В современном мире господствует пластик. На протяжении последних десятилетий это вещество заменило многие привычные материалы вроде дерева, кожи или металла. Постепенно пластиковыми становились одежда, мебель, технические узлы и детали, строительные материалы и даже оружие. Теперь этот символ всего искусственного помог учёным сотворить пластиковую... чёрную дыру.
Причиной создания столь сложного и пока малопонятного объекта было желание исследователей имитировать влияние гравитации чёрной дыры на свет, проходящий через так называемую фотонную сферу (photon sphere). Фотонная сфера — это сферическая область пространства, где гравитация столь велика, что заставляет фотоны двигаться по орбитам.
Как известно, космические чёрные дыры обладают колоссальной силой притяжения. Учёным интересно узнать, что происходит близ горизонта событий, где искривляются не только лучи, но и пространство-время. (Радиус фотонной сферы чуть больше, чем у горизонта событий, поэтому частицы света не затягивает к центру вселенской "пожирательницы".)
Чтобы визуализировать этот процесс и сымитировать происходящее в космосе в меньшем масштабе, учёные добавили в расплавленное акриловое стекло квантовые точки. Это крошечные "капли" полупроводника, которые под воздействием света начинают флуоресцировать. Затем смесь налили на вращающуюся кварцевую пластину, заставив её растечься по ней. В центр "чёрной дыры" как якорь была помещена микроскопическая сфера из полистирола. Она заставляла смесь на пластине располагаться таким образом, чтобы толщина слоя снижалась по мере удаления к краям кварцевой подложки.
В результате инженеры получили модель, в которой изменение показателя преломления света в акриловом материале соответствовало изменению кривизны пространства близ настоящей чёрной дыры.
Визуализировать движение света близ фотонной сферы удалось при помощи лазерной подсветки. Ближе к полистироловой сфере преломление было таковым, что лазерные лучи закольцовывались, образуя окружность. В то же время наиболее удалённые от центра лучи изгибались, точно задеваемые гравитационным полем чёрной дыры.
Этот эффект, называемый гравитационная линза широко используется в астрономии. Благодарю ему, исследователи узнают о многих удалённых от Солнечной системы объектах, таких как экзопланеты.
"Наблюдаемый нами эффект аналогичен тому как искривляется пространство вокруг чёрной дыры и соответствует проделанным ранее расчётам", — говорит профессор Лю Хуэй (Hui Liu) из университета Нанкина.
Вообще, учёные благодаря полученной модели увидели многие знакомые гравитационные эффекты, описанные на бумаге при помощи уравнений Эйнштейна.
Профессор Хуэй добавил, что хотя эта модель задумывалась как один из экспериментов вокруг общей теории относительности, полученные знания имеют и некоторое практическое применение. В частности любопытная способность материала абсорбировать свет может пригодиться при совершенствовании новых солнечных батарей.
Конечно, это не первая модель чёрной дыры — ранее имели место попытки имитации отдельных процессов, связанных с таинственным изучением Хокинга. Однако подобные исследования фотонной сферы ранее не проводились.
Также по теме:
Вселенная могла произойти от одной гигантской чёрной дыры
Земной аналог чёрных дыр обнаружен в океане
Микроскопическую сферу заставили вращаться с рекордной скоростью
Наша Вселенная может быть искривлённой, а не плоской
Пульсар помог определить мощность магнитного поля сверхмассивной чёрной дыры Галактики
