Физики впервые воссоздали в лаборатории аналог "бомбы черной дыры"

Фото из открытых источников

Ученые из Университета Саутгемптона впервые экспериментально подтвердили существование феномена, теоретически предсказанного более 50 лет назад. Результаты исследования опубликованы на портале нерецензированных научных материалов arXiv.

Феномен, получивший название "бомба черной дыры", основан на уникальной способности вращающихся черных дыр извлекать энергию из окружающего пространства-времени. В ходе эксперимента британским физикам удалось воспроизвести этот эффект в лабораторных условиях, что открывает новые горизонты для изучения экзотических космических объектов.

Концепция извлечения энергии из вращающейся черной дыры была первоначально сформулирована британским математиком Роджером Пенроузом в 1971 году. Позднее советский физик-теоретик Яков Зельдович предположил, что подобный эффект можно воспроизвести с помощью вращающегося цилиндра, помещенного в резонансную камеру.

Эксперимент основан на понимании двух ключевых явлений, характерных для черных дыр: эргосферы и сверхизлучения. Эргосфера представляет собой область вокруг вращающейся черной дыры, где пространство-время захватывается и увлекается вращением объекта. Сверхизлучение – это процесс, при котором волны или частицы, попадающие в эргосферу, могут уносить часть вращательной энергии черной дыры, усиливаясь при этом.

Исследовательская группа воссоздала этот эффект с помощью алюминиевого цилиндра, вращающегося со скоростью до 15 оборотов в секунду. Цилиндр был помещен в систему катушек, создающих контролируемое магнитное поле, а специальные "зеркала" формировали петлю обратной связи, необходимую для многократного усиления эффекта.

Когда цилиндр вращался в том же направлении, что и магнитное поле, ученые зафиксировали усиление энергии на 3,2% – это прямое экспериментальное подтверждение эффекта "перетаскивания кадра", характерного для вращающихся черных дыр. В противоположном случае, при вращении цилиндра против направления магнитного поля, энергия поля закономерно уменьшалась.

Теоретический механизм "бомбы черной дыры" предполагает, что если направить электромагнитную волну в эргосферу, часть волны поглотится черной дырой, а другая часть выйдет с большей энергией, чем имела изначально – за счет "кражи" вращательной энергии черной дыры. При окружении такой системы отражающими поверхностями энергия волн будет многократно усиливаться, приводя в конечном итоге к мощному энергетическому выбросу.

Астрофизики предполагают, что подобные процессы могут происходить в естественных условиях вокруг сверхмассивных черных дыр в центрах галактик, что частично объясняет высокоэнергетические явления, наблюдаемые в активных галактических ядрах. Кроме того, понимание механизма "бомбы черной дыры" помогает пролить свет на процессы формирования релятивистских струй – мощных потоков материи, выбрасываемых из окрестностей черных дыр со скоростями, близкими к скорости света.

Хотя созданная в лаборатории установка не имеет немедленного практического применения, она служит уникальной моделью для изучения фундаментальных физических процессов, происходящих в самых экстремальных условиях Вселенной. Этот эксперимент также демонстрирует, как теоретические идеи, казавшиеся чисто абстрактными, могут найти экспериментальное подтверждение даже спустя десятилетия после их формулировки.