Физики нашли способ отличать сверхкомпактные звезды от черных дыр

Физики нашли способ отличать сверхкомпактные звезды от черных дыр

Ученые из МФТИ, ИТЭФ и НИУ ВШЭ описали способ, с помощью которого можно отличать черные дыры от компактных массивных объектов. Чтобы идентифицировать объект, нужно изучить энергетический спектр частиц, которые пролетают по соседству: в одном случае он будет непрерывным, а в другом — дискретным. Статья российских исследователей опубликована в журнале Physical Review D.

Физики рассмотрели скалярное квантовое поле на фоне черной дыры и компактного объекта и обнаружили важную разницу. «На фоне коллапсирующего объекта — черной дыры — нет связанных состояний, а на фоне компактного — есть», — объясняет Федор Попов, сотрудник лаборатории физики высоких энергий МФТИ.

Оказалось, что вблизи поверхности сверхкомпактной звезды, радиус которой чуть больше радиуса Шварцшильда (горизонта событий черной дыры), есть «потенциальная яма», то есть область пространства, где частицы попадают в гравитационную «ловушку». Задача в этом случае становится аналогичной простой задаче по квантовой механике, где нужно найти спектр частиц в потенциальной яме. Этот спектр оказывается дискретным, то есть в нем есть значения энергий, где частиц нет.

Проще говоря, потенциальная яма не выпускает частицы определенных энергий, и в спектре возникает «пустое место». В случае черной дыры вблизи сферы Шварцшильда не возникает стационарных потенциальных, поскольку идет постоянный процесс коллапса, граница «ямы» убегает, и энергетический спектр оказывается сплошным.

«Мы берем, рассеиваем пучок частиц на этом объекте и смотрим на спектр. И видим, что если в этом спектре нет дискретных уровней, то это черная дыра, а если есть, то это компактный объект. Хотя мы сделали свою работу для бесспиновых частиц, можно предположить, что так же будет вести себя и спектр других типов частиц», — сказал Федор Попов.

Стоит отметить, что пока работа носит лишь теоретический характер, поскольку у физиков сейчас нет средств наблюдать спектры частиц в окрестностях возможных черных дыр.

[Фото: пресс-служба МФТИ]