Depositphotos
Фізики вперше змогли відтворити у лабораторних умовах так звану «бомбу з чорної діри», довівши ефект Зельдовича, запропонований ще 50 років тому.
Вперше ідею того, що від чорної діри можна отримувати енергію запропонував фізик Роджер Пенроуз у 1969 році. Пенроуз передбачив, що частинки, які пролітають у безпосередній близкості від горизонту подій чорної діри, що обертається, можуть отримувати енергію від неї за рахунок того, що чорна діра викривляє та прискорює простір-час навколо себе.
У 1971 році фізик Яків Зельдович з’ясував, що подібних процесів можна досягти за рахунок руху світла навколо металевого циліндра, що швидко обертається. За його розрахунками, ефект надвипромінювання має виникати, коли циліндр обертається із тією самою швидкістю, що і світло. Однак це неймовірна швидкість.
Зельдович зазначав, що якщо навколо циліндра встановити циліндричне дзеркало, енергія надвипромінювання має відбиватись і знову посилюватись за рахунок обертання циліндра, потім знову відбиватись. Таким чином відбуватиметься стрімке накопичення енергії, яка зрештою або знайде вихід, або вибухне.
Більш того, ефект Зельдовича можна запустити навіть без початкового джерела світла. Чорна діра чи циліндр могли б посилювати крихітні, завжди існуючі випадкові коливання електромагнітного поля у вакуумі — так звані квантові флуктуації. По суті, генерувати енергію з «шуму»!
Протягом багатьох десятиліть фізики намагались відтворити ефект Зельдовича. Однак це видавалось проблемним, адже не було ніякої змоги розкрутити циліндр до необхідної швидкості. Нарешті команда фізиків під керівництвом Хендріка Ульбріхта вирішила використовувати електромагнітні хвилі зі значно нижчою частотою, які створюються магнітним полем.
Науковці використали алюмінієвий циліндр, що обертається за рахунок електричного мотору, розмістивши навколо нього три шари металевих котушок. Ці котушки створюють магнітне поле, що обертається, та виконують роль дзеркала, відбиваючи магнітне поле назад до циліндра. Швидкість обертання циліндра та магнітного поля відповідають умовам Зельдовича для виникнення надвипромінювання.
Фізики спрямовували на циліндр слабке магнітне поле і реєстрували, що вихідне поле дійсно було потужнішим за те, яке спрямовувалось на циліндр. Ефект надвипромінювання був підтверджений експериментально.
Однак вчені на цьому не зупинились і вирішили провести експеримент без початкового магнітного поля, яке створювалось котушками. Установка самостійно почала генерувати сигнал! Циліндр, що обертається, почав посилювати цей фоновий «шум» — випадкові електромагнітні флуктуації — і котушки-«дзеркала» запустили лавиноподібний процес накопичення енергії, передбачений Зельдовичем.
Цей експеримент дозволив науковцям детально розглянути процеси, які відбуваються у глибокому космосі і які науковці не можуть безпосередньо побачити. Окрім цього дослідження відкриває шлях до абсолютно нового методу пошуку гіпотетичних частинок та навіть темної матерії. Якщо у Всесвіті існують якісь невідомі нам легкі частинки або поля, темна матерія, вони теж могли б взаємодіяти з чорними дірами, що обертаються, через механізм надвипромінювання.
Наприклад, навколо чорної діри утворюється величезна хмара таких частинок, які крадуть енергію її обертання. Що ми побачимо? По-перше, сама чорна діра має поступово уповільнювати своє обертання. По-друге, ця хмара частинок може випромінювати специфічні гравітаційні хвилі, які ми могли б зареєструвати на Землі.
«Таким чином, надвипромінювання перетворює чорні діри на детектори частинок. І для певного типу темної матерії вони можуть виявитися набагато кращими детекторами, ніж Великий адронний колайдер у ЦЕРНі», — зазначають дослідники.
Результати дослідження були опубліковані на сервері препринтів Arxiv
Джерело: IFL Science