Физики Лука Комиссо и Фелипе Асенхо описали необычный механизм, при котором энергия гравитационного поля может переходить в материю. Их идея основана на аналогии с пересоединением магнитных силовых линий в плазме — процессом, который лежит в основе солнечных вспышек.
В плазме магнитные линии растягиваются и закручиваются, а затем разрываются и соединяются заново, переходя в другую конфигурацию. Запасённая в магнитном поле энергия при этом передаётся частицам плазмы. В общей теории относительности аналогичные структуры устроены сложнее: гравитация описывается не в трёхмерном пространстве, а в четырёхмерном пространстве-времени.
Гравитационные «листы»
Вместо линий в математическом описании гравитационного поля возникают «листы» — конструкции, получающиеся добавлением измерения к линии. Авторы показали, что при нарушении условий, сохраняющих связность этих листов, они могут пересоединяться. В таком случае энергия гравитационного поля, согласно расчётам, переходит в материю.
К этому результату учёные пришли, переписав уравнения Эйнштейна в других переменных. В новой форме они стали похожи на уравнения физики плазмы. Исследование опубликовано в журнале Physical Review D и продолжает более раннюю работу Комиссо и Асенхо с Марикармен Винклер, в которой были обнаружены ограничения на возможную эволюцию пространства-времени.
Возможное значение для чёрных дыр
Один из возможных вариантов применения результата связан со слияниями чёрных дыр. При таких событиях пространство-время искажается особенно сильно, а для расчёта возникающих гравитационных волн, которые регистрирует обсерватория LIGO, требуются сложные численные модели. Выявленные ограничения могут позволить заранее определить, как должно вести себя поле, не просчитывая каждую деталь его эволюции.
Пока гравитационное пересоединение остаётся теоретическим результатом. Учёным ещё предстоит установить, происходит ли такой процесс в реальных астрофизических условиях, сколько энергии он способен передать и может ли оставлять заметный след в гравитационных волнах.
