Британские физики создали в лабораторных условиях первую модель «бомбы черной дыры» — явления, которое полвека существовало лишь в теории. Эксперимент, проведенный под руководством профессора физики Университета Саутгемптона Хендрика Ульбрихта, воспроизвел процесс, предсказанный в 1971 году английским математиком Роджером Пенрозом. Ученые не использовали настоящие черные дыры, но смогли смоделировать их физические свойства, открыв новые перспективы для понимания взаимодействия черных дыр с окружающим пространством.
Изображение: NASA/JPL-Caltech
Работа началась в 2020 году, во время локдауна из-за пандемии COVID-19, когда Ульбрихт искал значимый проект. Его команда построила установку с вращающимся алюминиевым цилиндром, окруженным магнитными катушками, которые создавали поле, имитирующее свет. Эта система воспроизводила эффект сверхизлучения — процесса, при котором энергия вокруг вращающегося объекта накапливается и многократно усиливается. Теория Пенроза описывала, как энергия может извлекаться из вращающейся черной дыры благодаря эффекту увлечения пространства, когда вращение объекта искривляет пространство-время и «тащит» за собой близлежащие объекты. Этот эффект особенно силен в эргосфере — области вокруг черной дыры, где пространство-время движется быстрее скорости света в вакууме.
Советский физик Яков Зельдович в 1970-х годах развил эту идею, предположив, что энергия может усиливаться, если свет проходит вокруг вращающегося металлического цилиндра, окруженного отражающим зеркалом, создавая положительную обратную связь. В случае черной дыры такой процесс мог бы привести к высвобождению энергии, сравнимой с взрывом сверхновой, причем без внешнего источника — черная дыра усиливала бы случайные электромагнитные флуктуации в вакууме. Однако создать объект, вращающийся с частотой света, долгое время казалось невозможным.
Команда Ульбрихта справилась с этой задачей, используя магнитное поле вместо света и катушки в роли «зеркала». В эксперименте ученые наблюдали усиление магнитного сигнала, а в некоторых случаях система даже самопроизвольно генерировала сигнал из фонового шума, что соответствует поведению настоящей «бомбы черной дыры».
Лабораторная модель безопасна, она позволяет детально изучить сверхизлучение и проверить гипотезы, связанные с экзотическими полями, включая те, что могут быть связаны с темной материей. По словам физика Втора Кардозу из Университета Лиссабона, точные лабораторные измерения подтверждают, что аналогичный процесс должен происходить и в реальных черных дырах.
