Запропоновано спосіб відрізнити чорні діри від інших об'єктів з сильним гравітаційним полем.
В даний час астрофізики не сумніваються в існуванні в космосі дуже щільних космічних об'єктів з сильним гравітаційним полем, які прийнято називати чорними дірами. Незважаючи на те, що безпосередньо астрономи їх побачити поки не змогли, вони виявили безліч об'єктів, які з великою ймовірністю є чорними дірами. Це надмасивні утворення в центрах галактик, в тому числі і нашої Галактики, а також компоненти деяких подвійних зоряних систем.
Однак питання про те чи є ці чорні діри саме тими, існування яких передбачене теорією гравітації Альберта Ейнштейна, залишається досі відкритим. Чорні діри теорії Ейнштейна мають горизонт подій, що мають досить екзотичні властивості. У фізичному сенсі - це межа, на якій друга космічна швидкість стає рівною швидкості світла. Це найменша швидкість, необхідна для того, щоб покинути космічне тіло, піти із замкнутої орбіти навколо нього. Радіус цього кордону носить ім'я Шварцшильда. Все, що розташоване на меншій відстані від чорної діри, в тому числі і світло, вже не зможе вирватися назад. Особливість горизонту подій в тому, що час там має сповільнюється настільки, що процес падіння будь-якого об'єкта на чорну діру буде тривати нескінченно. Процес утворення чорних дір в результаті гравітаційного стиснення (колапсу) зовнішній спостерігач спостерігатиме вічно.
Однак цілий ряд астрофізиків вважає, що, принаймні, деякі об'єкти не дотягують до статусу чорних дір. Вони компактні, але їх розмір дещо більший за радіус Шварцшильда, і горизонту подій у них немає. Однак за зовнішнім гравітаційним впливом такі об'єкти практично не відрізняються від класичних чорних дір.
Вчені з МФТІ, ІТЕФ і НІУ ВШЕ придумали спосіб відрізнити ейнштейновські чорні діри від просто компактних масивних об'єктів. Його опису присвячена стаття, опублікована в журналі Physical Review D.
У ній дослідники вивели аналітичні вирази для можливих значень енергії (енергетичного спектру) частинок поблизу досліджуваних об'єктів. Виявилося, що біля поверхні надкомпактної зірки, радіус якої трохи більше радіуса Шварцшильда, є «потенційна яма» - область простору, де частинки потрапляють в гравітаційну «пастку». Завдання в цьому випадку стає аналогічним відомому завданню квантової механіки зі знаходження енергетичного спектру частинок у потенційній ямі. Цей спектр виявляється дискретним, тобто в ньому крім дозволених значень енергії є і заборонені значення енергії, якими не можуть володіти частинки. Іншими словами, пастка не випускає частинки певних енергій, і в спектрі виникає «порожнє місце».
У випадку ж чорної діри поблизу горизонту подій має місце вічний колапс (гравітаційне стиснення), і постійна потенційна яма не утворюється, її межа безперервно «тікає». В результаті енергетичний спектр частинок виявляється суцільним.
Таким чином, для впізнання чорних дір дослідники запропонували досліджувати пучок частинок, розсіяний на об'єкті. Якщо в цьому спектрі немає дискретних рівнів, то це чорна діра, а якщо є - то це просто компактний об'єкт.
На даний момент фізики виконали роботу тільки для безспінових частинок, але є підстави вважати, що також буде вести себе і спектр інших типів частинок. Це поки лише теоретичне дослідження, і у астрофізиків зараз немає засобів спостерігати спектри частинок в околицях можливих чорних дір, проте важливо, що запропонований принципово можливий метод їх впізнання.
За матеріалами МФТІ