Чёрные дыры считаются одними из самых загадочных объектов во Вселенной. За последние годы астрономы научились обнаруживать их по гравитационным волнам, наблюдать их влияние на окружающее вещество и даже получать изображения областей вокруг их горизонта событий. Однако современная физика допускает существование ещё более необычных разновидностей чёрных дыр, которые до сих пор остаются исключительно теоретическими объектами.
Новое исследование посвящено одному из способов проверки подобных гипотез. Учёные предлагают использовать космические аппараты как своеобразные научные лаборатории, способные фиксировать крайне слабые эффекты, возникающие при прохождении рядом с необычными объектами. Если подобные измерения удастся выполнить с высокой точностью, они могут помочь проверить некоторые фундаментальные теории устройства Вселенной.
Почему чёрные дыры продолжают удивлять исследователей
Сегодня существование чёрных дыр уже не вызывает сомнений.
Их наличие подтверждено многочисленными наблюдениями.
Астрономы обнаружили:
- чёрные дыры звёздной массы;
- сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик;
- столкновения чёрных дыр, сопровождающиеся гравитационными волнами;
- влияние этих объектов на движение звёзд и газа.
Но при этом остаётся множество вопросов о том, как именно ведёт себя пространство-время в непосредственной близости от таких объектов.
Общая теория относительности прошла множество проверок
Теория относительности Альберта Эйнштейна уже более ста лет успешно объясняет огромное количество астрономических явлений.
Она позволяет описывать:
- движение планет;
- искривление света массивными телами;
- расширение Вселенной;
- существование чёрных дыр.
Однако многие физики предполагают, что при экстремальных условиях, например возле горизонта событий, могут проявляться эффекты, выходящие за рамки классической теории.
Именно поэтому продолжаются поиски даже небольших отклонений от её предсказаний.
Почему обычных наблюдений недостаточно
Большинство существующих исследований основано на наблюдении далёких объектов.
Телескопы фиксируют:
- свет;
- рентгеновское излучение;
- радиоволны;
- гравитационные волны.
Однако подобные измерения позволяют изучать лишь косвенные последствия существования чёрной дыры.
Для проверки некоторых физических моделей необходимы гораздо более точные эксперименты.
Космический аппарат как высокоточный измерительный прибор
Авторы новой работы предлагают использовать космические аппараты не просто как средство доставки научных приборов, а как часть самого эксперимента.
Современные космические станции и автоматические зонды способны чрезвычайно точно измерять собственное движение.
Даже очень небольшие изменения скорости или траектории могут быть зарегистрированы современными навигационными системами.
Именно это делает космические аппараты перспективным инструментом для проверки фундаментальной физики.
Какие эффекты можно искать
Если рядом окажется объект, свойства которого немного отличаются от предсказаний современной теории, движение аппарата может измениться.
Речь идёт не о резких манёврах.
Исследователей интересуют крайне малые отклонения, которые невозможно заметить обычными средствами.
Для их обнаружения потребуется исключительно высокая точность измерений.
Почему это особенно важно
Даже очень небольшое несоответствие существующим теориям может иметь огромное значение.
Подобные открытия уже не раз меняли физику.
Например:
- открытие общей теории относительности изменило представления о гравитации;
- обнаружение гравитационных волн подтвердило существование явления, предсказанного более века назад;
- первые изображения окрестностей чёрных дыр позволили проверить модели их строения.
Новые эксперименты могут открыть ещё одну страницу в изучении гравитации.
Какие объекты интересуют исследователей
В работе рассматриваются прежде всего чёрные дыры, вокруг которых могут проявляться необычные эффекты.
Если некоторые современные гипотезы окажутся верными, пространство вблизи таких объектов может отличаться от привычных моделей.
Пока подобных различий не обнаружено.
Однако именно отсутствие подтверждений и делает подобные проверки особенно важными.
Почему проводить такие эксперименты сложно
Главная проблема заключается в расстояниях.
Чёрные дыры находятся очень далеко от Земли.
Направить к ним специальный аппарат пока невозможно.
Поэтому исследователи рассматривают различные варианты будущих космических миссий и методы дистанционного измерения, позволяющие использовать естественное движение аппаратов и максимально точную навигацию.
По мере развития технологий возможности подобных исследований будут расширяться.
Космические миссии становятся всё точнее
Современные автоматические станции способны определять своё положение с невероятной точностью.
Инженеры постоянно совершенствуют:
- системы ориентации;
- лазерную связь;
- методы измерения расстояний;
- атомные часы;
- навигационные алгоритмы.
Все эти технологии одновременно помогают как исследованию Солнечной системы, так и проверке фундаментальных физических законов.
Будущие миссии могут выполнять сразу несколько задач
Во многих случаях космический аппарат способен одновременно решать различные научные задачи.
Например, он может:
- исследовать планеты;
- изучать межпланетную среду;
- проверять новые навигационные технологии;
- проводить эксперименты по фундаментальной физике.
Такой подход позволяет значительно повысить научную отдачу каждой экспедиции.
Поиск новой физики остаётся одной из главных целей науки
Несмотря на успехи современной физики, учёные понимают, что существующие теории ещё не дают ответов на все вопросы.
До сих пор неизвестно:
- как объединить квантовую механику и гравитацию;
- что представляет собой тёмная материя;
- почему ускоряется расширение Вселенной;
- как именно устроено пространство возле горизонта событий чёрной дыры.
Любой новый эксперимент способен приблизить решение этих фундаментальных проблем.
Космические аппараты становятся инструментом изучения самой природы пространства
Новое исследование показывает, что роль космических миссий постепенно выходит далеко за пределы изучения отдельных планет или астероидов. Всё чаще автоматические аппараты рассматриваются как высокоточные научные платформы, позволяющие проверять самые глубокие законы природы.
Даже если подобные эксперименты не обнаружат никаких отклонений от современных теорий, это станет важным результатом. Каждая успешная проверка ещё сильнее подтверждает правильность существующих моделей. А если когда-нибудь будут зафиксированы необъяснимые изменения движения космического аппарата, это может стать одним из самых значительных открытий в истории физики и существенно изменить представления человечества о чёрных дырах и устройстве Вселенной.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
