Теоретичну ідею вчені змогли вперше за багато десятиліть реалізувати в лабораторії. На щастя, створена бомба чорної діри є лише моделлю, зробленою з циліндра, що обертається, і магнітних котушок. Вивчення цієї бомби може допомогти фізикам краще зрозуміти справжні чорні діри.
Дослідження опубліковано на сервері препринтів arXiv.
Словосполучення “бомба чорної діри” може викликати асоціацію з якимось видом новітнього космічного озброєння. Хоча ця бомба може вибухнути, але це точно не зброя, а спосіб краще зрозуміти фізику чорних дір, які поглинають матерію і містять у собі сингулярності, де порушуються закони фізики.
Вчені створили першу в історії бомбу чорної діри, яка являє собою теоретичне явище, коли енергія посилюється чорною дірою і захоплюється оточуючими відбивачами, допоки не станеться вибух. Але вчені створили бомбу без справжньої чорної діри і це всього лише безпечна модель. Але вона допоможе поліпшити розуміння чорних дір.
Ідею вилучення енергії з чорної діри вперше в 1969 році запропонував фізик Роджер Пенроуз. Він припустив, що частинка, яка пролітає дуже близько до чорної діри, що обертається, буде отримувати енергію через ефект із загальної теорії відносності, коли чорна діра тягне і прискорює простір-час навколо себе.
У 1971 році фізик Яків Зельдович зрозумів, що подібний процес може відбуватися і в інших випадках, наприклад, коли світло рухається навколо металевого циліндра, що швидко обертається. Він розрахував, що цей ефект надвипромінювання має виникати, поки циліндр обертається з тією самою швидкістю, що й світло, але це неймовірно швидко.
Зельдович також припустив, що, оточивши циліндр, що обертається, циліндричним дзеркалом, посилена енергія може відбиватися і накопичуватися в позитивному зворотному зв’язку, доки енергія буде або викинута, або станеться вибух. Якщо застосувати цю ідею до чорних дір, то можна створити бомбу чорної діри, яка виділяла б стільки ж енергії, скільки виділяється під час вибуху наднової, коли вмирає масивна зірка. При цьому цей процес може працювати навіть без зовнішнього джерела енергії, оскільки чорна діра посилюватиме крихітні електромагнітні коливання у вакуумі простору і вироблятиме енергію.
Усе це було лише теорією, але тепер фізики знайшли спосіб її реалізувати за допомогою циліндра, що обертається, і магнітних полів. Вони створили експериментальну установку, яка складається з обертового алюмінієвого циліндра, що обертається і працює від електродвигуна, оточеного трьома шарами металевих котушок, які створюють магнітне поле, що також обертається навколо циліндра з аналогічною швидкістю. У цій установці котушки діють як дзеркало, а магнітне поле — як світло, і, як передбачав Зельдович, це створює ще більше магнітне поле, що виходить від циліндра.
Потім фізики з’ясували, що навіть без котушок, що створюють зовнішнє магнітне поле від самого початку, установка все одно буде створювати сигнал, що тікатиме, в навколишніх котушках, як у теоретичному прикладі чорної діри без зовнішнього джерела енергії.
Вчені кажуть, що створення бомби чорної діри дає змогу припустити, що подібні процеси дійсно відбуваються навколо реальних чорних дір.
Нове досягнення фізиків може допомогти зрозуміти, як справжні чорні діри віддають енергію частинкам навколо них. Це може допомогти перевірити теоретичні ідеї про поки що не виявлені поля частинок, наприклад, про поле, що створює темну матерію.
За словами фізиків, якщо існують нові поля, то можна бачити гравітаційні хвилі, які випускають частинки навколо чорних дір, або ж можна побачити, як чорні діри сповільнюють обертання, бо вони віддають свою енергію цим новим частинкам. Таким чином, надвипромінювання перетворює чорні діри на детектори частинок.