Нове теоретичне дослідження фізиків свідчить, що гравітаційне поле здатне до процесів, які дивовижно нагадують механізм потужних спалахів на Сонці. Переосмисливши фундаментальні рівняння Альберта Ейнштейна, науковці виявили можливість гравітаційного перезамикання — явища, під час якого структури простору-часу змінюють свої зв’язки та передають накопичену енергію частинкам матерії.
Відкриття, опубліковане в журналі Physical Review D Лукою Коміссо з Колумбійського університету та Феліпе Асенхо з Університету Адольфо Ібаньєса в Чилі, розкриває глибоку математичну паралель між гравітацією та фізикою плазми.
Схожість із сонячними спалахами
У намагніченій плазмі — іонізованому газі, з якого складаються зорі, — лінії магнітного поля можуть розтягуватися й закручуватися. Коли за певних умов вони розриваються та з’єднуються в новій конфігурації, відбувається так зване магнітне перезамикання. Цей процес миттєво вивільняє накопичену магнітну енергію, прискорює частинки плазми та спричиняє потужні вибухи, відомі як сонячні спалахи.
Як пояснюють автори роботи, гравітаційне поле працює схожим чином, хоча й має суттєву відмінність: загальна теорія відносності описує чотиривимірний простір-час. Тому замість одновимірних ліній у гравітації перемикаються так звані математичні «аркуші» — двовимірні площини, утворені з безлічі об’єднаних ліній. Коли умови їхньої стабільності порушуються, ці аркуші перезамикаються, конвертуючи енергію гравітаційного поля у кінетичну енергію матерії.
Приховані правила рівнянь відносності
Шлях до цього відкриття пролягав через нове математичне представлення рівнянь Ейнштейна. Записавши їх за допомогою інших змінних, фізики помітили приховані обмеження на те, як саме може еволюціонувати простір-час. Ці закономірності неможливо розгледіти за стандартного підходу — для цього знадобилося перегрупувати вихідні математичні структури.
Виявлені правила демонструють фундаментальні закони поведінки простору-часу, які раніше залишалися непоміченими. Вони дають уявлення про те, як саме гравітаційне поле зберігає та перерозподіляє свою енергію.
Практична цінність для вивчення чорних дір
Хоча відкриття наразі має теоретичний характер, воно може значно полегшити астрофізичні обчислення. Одне з головних застосувань стосується процесів злиття чорних дір, де екстремальна гравітація катастрофічно викривляє простір-час.
Сьогодні для розрахунку гравітаційних хвиль, які реєструють обсерваторії на кшталт LIGO, потрібні надпотужні суперкомп’ютерні симуляції. Нові обмеження, виявлені в рівняннях, дозволяють прогнозувати ключові патерни поведінки простору-часу без детального обчислення кожного кроку його еволюції.
Попереду в дослідників велика робота: необхідно з’ясувати, чи відбувається гравітаційне перезамикання в реальному космосі, яку кількість енергії воно здатне вивільняти та чи залишає цей процес характерний слід у гравітаційно-хвильових сплесках, які ми можемо зафіксувати із Землі.
Раніше ми повідомляли про те, як радар гравітаційних хвиль допоможе побачити невидимий Всесвіт.
За матеріалами SciTechDaily
