Поблизу чорних дір простір викривлено настільки, що біля них можуть згинатися навіть промені світла. Це явище може дозволити нам побачити кілька версій одного і того ж об'єкта. Хоча це явище було відомо протягом десятиліть, тільки тепер у нас є точний математичний вираз, завдяки фізику-теоретику Альберту Снєппену з Інституту Нільса Бора.
Всі ми чули про чорні діри - чудові згустки гравітації, з яких не може вирватися навіть світло. Можливо, ви чули, що сам простір і навіть час дивно поводяться біля чорних дір.
Поблизу чорної діри простір викривляється так сильно, що світлові промені відхиляються, а світло, яке підходить близько до чорної діри може відхилятися так сильно, що кілька разів проходить навколо чорної діри.
Отже, коли ми спостерігаємо далеку фонову галактику (або якесь інше небесне тіло), то нам може пощастити побачити одне і те ж зображення галактики кілька разів, хоча і все більш і більш спотворене.
Галактики у декількох версіях
Механізм показано на малюнку нижче: далека галактика світить у всіх напрямках - частина її світла наближається до чорної діри і злегка відхиляється; якесь світло підходить ще ближче і за один раз огинає дірку, перш ніж піти до нас, і так далі.
Перебуваючи поруч з чорною дірою, ми бачимо все більше і більше версій однієї і тієї ж галактики.
Наскільки близько до чорної діри потрібно дивитися з одного зображення, щоб побачити наступне? Результат відомий вже більше 40 років і налічує близько 500 разів (для шанувальників математики це більш точно «експоненційна функція двох пі», записана як e2.200).
Вирахувати це настільки складно, що донедавна ще не було математичної та фізичної інтуїції щодо того, чому це саме такий фактор. Але за допомогою деяких математичних хитрощів Альберт Снєппен з Cosmic Dawn Center - центру фундаментальних досліджень при Інституті Нільса Бора і DTU Space - тепер зумів довести, чому.
"Є щось фантастично красиве в розумінні того, чому зображення повторюються таким елегантним чином. Крім того, це дає нові можливості перевірити наше розуміння гравітації і чорних дір ", - пояснює Альберт Снєппен.
Математичний доказ наближає нас до розуміння цього чудового явища. Фактор «500» безпосередньо випливає з того, як працюють чорні діри і гравітація, тому повторення зображень тепер стало способом досліджувати і перевіряти гравітацію.
Чорні діри, що обертаються
Як абсолютно нову функцію метод Снєппена також можна узагальнити для застосування не тільки до «тривіальних» чорних дір, але і до чорних дір, що обертаються.
"Виявляється, коли вона обертається дуже швидко, вам більше не потрібно наближатися до чорної діри в 500 разів, а досить значно менше. Фактично, щоб побачити кожне нове зображення достатньо бути тільки в 50, або 5, або навіть всього лише в 2 рази ближче до краю чорної діри ", - пояснює Альберт Снєппен.
Необхідно дивитися в 500 разів ближче до чорної діри для кожного нового зображення означає, що зображення швидко «стискаються» в одне кільцеве зображення, як показано на малюнку.
На практиці спостерігати за безліччю зображень буде складно. Але коли чорні діри обертаються, з'являється більше місця для «зайвих» зображень, тому вчені можуть сподіватися підтвердити теорію спостереженнями в не настільки віддаленому майбутньому. Таким чином, ми можемо дізнатися не тільки про чорні діри, а й про галактики, що стоять за ними:
Час проходження світла збільшується тим більше, чим більше разів йому доводиться обходити чорну діру, тому зображення стають все більш «запізнюючими». Якщо, наприклад, зірка вибухне як наднова в галактиці на задньому плані, можна буде бачити цей вибух знову і знову.
Дослідження було опубліковано в журналі Scientific Reports.