Спустя более века после создания общей теории относительности учёные обнаружили в уравнениях Эйнштейна ранее неизвестное явление. Их расчёты показывают, что гравитационные поля могут проходить процесс разрыва и воссоединения своих структур, в результате чего энергия гравитации переходит в материю.
Это явление, названное «гравитационным пересоединением», неожиданно оказалось схожим с процессами, которые вызывают мощные вспышки на Солнце. Исследователи полагают, что аналогия поможет по-новому взглянуть на поведение гравитации в экстремальных условиях – например, при столкновении чёрных дыр.
Открытие сделали Лука Комиссо из Колумбийского университета и Фелипе Асеньо из Университета Адольфо Ибаньеса в Чили. Они проанализировали уравнения Эйнштейна с новой математической точки зрения и выявили сходство между поведением гравитации и плазмы – ионизированного газа, из которого состоят звёзды. Такой подход может помочь в поиске фундаментальных правил, которые управляют гравитационными полями там, где пространство-время искажено настолько сильно, что его сложно моделировать даже на самых мощных суперкомпьютерах.
Ключ к пониманию этого открытия – хорошо изученное явление магнитного пересоединения. В плазме линии магнитного поля могут растягиваться и скручиваться, а при определённых условиях – резко разрываться и замыкаться в новой конфигурации. При этом высвобождается накопленная энергия, что и порождает солнечные вспышки и другие мощные энергетические события во Вселенной. Физики выяснили, что гравитационные поля могут преобразовываться схожим образом.
Однако гравитация действует в четырёхмерном пространстве-времени, поэтому её математическая структура отличается от трёхмерного магнитного поля. По словам учёных, гравитацию в такой модели корректнее описывать не «линиями», а «листами» поля. Гравитационное пересоединение – это процесс, в котором такие условные «листы» меняют свою конфигурацию, передавая энергию гравитационного поля материи.
Новая работа, опубликованная в журнале Physical Review D, развивает предыдущие выводы учёных. Ранее они обнаружили в уравнениях Эйнштейна скрытые математические ограничения, которые определяют, как именно может меняться геометрия пространства-времени. Теперь исследователи изучили, что происходит, когда эти условия нарушаются, и пришли к выводу о возможности пересоединения.
Практическое применение эта теория может найти при изучении слияния чёрных дыр. Сейчас для анализа таких событий астрофизики используют ресурсоёмкое компьютерное моделирование. Новые правила, управляющие поведением гравитационных полей, могут дополнить эти симуляции и помочь выявить закономерности, которые трудно распознать при обычных вычислениях.
Пока гравитационное пересоединение остаётся теоретической концепцией. Следующий шаг для учёных – изучить, как этот процесс мог бы проявляться в реальных астрофизических условиях, в частности при слиянии чёрных дыр. Исследователи надеются оценить, сколько энергии при этом высвобождается и оставляет ли такое событие характерный след в гравитационных волнах, которые фиксируют обсерватории.
