Вокруг экзотических звезд можно вращаться, стоя на месте

Физики теоретически описали орбиты частиц вокруг гипотетических быстровращающихся массивных тел, например, Бозе-звезд, кротовых нор и черных дыр Керра—Ньюмена. Оказалось, что в этом случае существуют орбиты, на которых частицы для удаленного наблюдателя будут оставаться на одном месте, даже несмотря на релятивистский эффект увлечения систем отсчета. Эффект может помочь отличить такой экзотический объект от простой черной дыры в наблюдениях. Статья с результатами опубликована в журнале Physical Review Letters.

Для вращающихся массивных тел, сильно искривляющих пространство рядом с собой, общая теория относительности предсказывает новый феномен, получивший название эффект Лензе — Тирринга или увлечения инерциальных систем отсчета. В результате любой объект вблизи такого тела начнет двигаться по его орбите, так как «само пространство» вращается. На относительно большом расстоянии или при недостаточно большой массе центрального тела эффект можно обнаружить как дополнительную прецессию гироскопов.

В случае релятивистских объектов, таких как нейтронные звезды и черные дыры, такой эффект должен быть очень велик. Однако его можно заметить и в случае намного меньших масс и скоростей: гироскопы на борту спутника Gravity Probe B смогли зафиксировать влияние вращения Земли.

В новой работе физики-теоретики из Германии нашли условия, при которых частица во вращающемся пространстве-времени будет, тем не менее, оставаться для удаленного наблюдателя на том же месте. Таких условий оказалось два: момент импульса (характеристика орбитального движения) должен в точности компенсировать эффект увлечения систем отсчета, а сама орбита — находиться на специфическом расстоянии, на котором частица ни притягивается к центру, ни дрейфует дальше со временем. Еще один ключевой момент состоит в том, что не все вращающиеся тела создают нужное пространство-время: для такой статической орбиты у метрики (математического описания кривизны пространства) должен быть локальный минимум, которого нет, например, у керровских черных дыр. Подобные тела характеризуются только двумя числами — массой и вращением — и считаются самым распространенным типом объектов этого класса во Вселенной.

В качестве примеров подходящих тел авторы называют гипотетические Бозе-звезды, кротовые норы и «волосатые» черные дыры, которые отличаются от обычных, например, наличием электрического заряда. Авторы отмечают, что даже в случае существования таких тел, нахождение частицы с нужным моментом импульса на нужной орбите маловероятно. Тем не менее, их работа предсказывает изменение динамики тел на соседних орбитах по сравнению с керровской черной дырой, поэтому потенциально может позволить отличить «обычную» черную дыру от более экзотического объекта.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.