надо разобраться - Ч дыры и фотоны

Все ближе Эпоха Черной энергии
Господи
Прости нас...
------ -------

Швейцарские физики рассчитали,
как равномерно движущаяся черная дыра взаимодействует с падающими на нее электромагнитными волнами. Оказалось, что на маленьких скоростях дыра поглощает излучение, а на больших — усиливает. В результате быстрые черные дыры должны быть окружены тонким «огненным кольцом» из разогнанных фотонов. Статья опубликована в Physical Review Letters.
Физики-теоретики Витор Кардозо (Vitor Cardoso) и Родриго Виченте (Rodrigo Vicente) рассчитали сечение необычного процесса — поглощение света черной дырой, которая движется в пространстве с постоянной скоростью. В результате ученые обнаружили, что достаточно быстрая черная дыра может не только ослаблять, но и усиливать падающее излучения, то есть ее сечение поглощения становится отрицательным. По сути этот эффект очень похож на обратный эффект Комптона — усиление электромагнитных волн за счет взаимодействия с релятивистским электроном.

Сначала ученые рассмотрели взаимодействие черной дыры и высокочастотных фотонов, для которых работает приближение геометрической оптики. Чтобы ухватить эффект усиления было легче, ученые считали, что черная дыра и фотон движутся в противоположных направлениях. Переходя в систему отсчета черной дыры, рассматривая там отклонение траектории фотона и возвращаясь в исходную систему отсчета, ученые нашли энергию рассеянного фотона. Как и ожидалась, эта энергия была больше энергии падающего фотона. Максимального значения она достигала для фотонов, которые после взаимодействия с черной дырой поворачивали на 180 градусов. Минимальный прицельный параметр, при котором такой поворот был возможен, примерно равен b;2,68r, где r — гравитационный радиус черной дыры. Заметим, что при значении прицельного параметра менее b;2,60r фотоны полностью поглощаются черной дырой.

Наконец, физики заметили, что из-за открытого эффекта быстрые черные дыры будут окружены тонким «огненным кольцом»: в ходе движения дыра сталкивается с фотонами реликтового излучения, ускоряет их и разворачивает по направлению движения. Впрочем, чтобы этот эффект был хоть сколько-нибудь заметен, скорость черной дыры должна быть очень большой. Например, черная дыра солнечной массы, которая движется со скоростью около 0,9996 от скорости света, будет окружена кольцом видимого излучения толщиной около одного километра, светящегося в 5000 раз ярче фонового реликтового излучения.
Изображение быстрой черной дыры, полученное физиками
Vitor Cardoso & Rodrigo Vicente / Physical Review Letters, 2019
Поделиться
   
Авторы статьи признаются, что взаимодействие черной дыры и света уже исследовалось в большом числе работ. Например, классические работы приводят сечение поглощения фотонов с большой и маленькой энергией (формулы Кардозо и Виченте воспроизводят эти результаты в пределе малой скорости черной дыры). Кроме того, физикам известен эффект сверхизлучения, напоминающий эффект, обнаруженный физиками в новой работе, — в этом эффекте черная дыра усиливает падающее излучение за счет вращения, а не движения. Тем не менее, авторы утверждают, что до них этот эффект никто не замечал.
Поскольку черные дыры часто ведут себя необычно, теоретики очень любят их исследовать. Например, в январе 2017 года физики из Канады и Сингапура предсказали, что в термодинамике некоторых черных дыр может наблюдаться особый фазовый переход лямбда-типа. В октябре того же года Канадский теоретик рассмотрел квадрупольные возмущения черной дыры и показал, что при таких возмущениях фотонная сфера приобретает структуру фрактала. А в апреле прошлого года исследователи из Чехии и Германии обнаружили, что заряженные черные дыры вытесняют внешнее магнитное поле из своего объема, словно сверхпроводники.

Дмитрий Трунин