Ново изследване, съчетаващо две от известните предсказания на Алберт Айнщайн, предполага, че пулсациите в пространство-времето могат да се комбинират в "гравитационни лазери", които се изстрелват от черни дупки в произволни посоки в целия космос.

Сред многобройните си теоретични прозрения Алберт Айнщайн предсказва съществуването на две явления в нашата Вселена, които вечеоттогава са доказани: гравитационните вълни и стимулираното излъчване на радиация.

Нови изследвания установяват, че тези ефекти понякога могат да се комбинират в редки и екзотични "гравитационни лазери" - което вероятно ще доведе до нов начин за откриване на една от най-неуловимите субстанции във Вселената.

Всеки ден се сблъскваме със стимулирано излъчване на радиация под формата на лазери, като например баркод скенера в местния супермаркет или оптичните кабели, които разпространяват информация в града ви. В тялото на лазера атомите отделят лъчение с точната дължина на вълната, за да възбудят близките атоми, карайки ги да отделят лъчение със същата дължина на вълната. Излъчването се пренася каскадно, докато се превърне в кохерентен* лъч - изходния сигнал на лазера. Астрономите са открили и естествени източници на лазери, особено в гигантски студени молекулярни облаци (където лъчите се наричат мазери, защото излъчват микровълново лъчение).

^{*Кохерентност означава съгласуваност. Две или повече колебания са кохерентни, ако разликата на техните фази остава постоянна във времето.}

В статия, публикувана през януари в базата данни за препринти arXiv, Дзин Лиу (Jing Liu), физик от Университета на Китайската академия на науките в Пекин, предполага, че самата гравитация може да бъде насочена към космически лазерен лъч - но само ако е верен определен модел на тъмната материя (мистериозната, невидима субстанция, която съставлява около 85 % от материята във Вселената).

Този модел на тъмната материя се основава на аксиони, които са хипотетични свръхлеки частици, заливащи Вселената. Тези частици са толкова леки, че проявяват квантови свойства, което означава, че дължината на вълната им е доста голяма. Те не действат строго като частици, а по-скоро като комбинация от вълни и частици.

Тази вълнова природа позволява аксионите да бъдат улавяни от черни дупки. Но поради голямата си дължина на вълната те не се "побират" в хоризонта на събитията на черната дупка; вместо да паднат в черната дупка, аксионите съществуват около нея, подобно на начина, по който електроните съществуват в близост до ядрото на атома. Тези "атоми на черната дупка" могат да осеят Вселената, както предполагат физиците от десетилетия.

Междувременно самите черни дупки могат да излъчват гравитационни вълни, които представляват пулсации в тъканта на пространство-времето. Вече са открити гравитационни вълни, излъчвани от сливащи се черни дупки, но сложните взаимодействия между самотните черни дупки и тяхната среда също могат да доведат до излъчване на вълни.

Ако дължината на вълната на гравитационните вълни е подходяща (а ако черната дупка излъчва достатъчно гравитационни вълни, то някои от тях със сигурност ще бъдат подходящи), те могат да възбудят аксионите около тях. Тогава аксионите около черната дупка ще започнат да се движат координирано, предизвиквайки отделянето на още повече гравитационни вълни.

Тези нови гравитационни вълни биха предизвикали още повече възбуждания, докато всичко това не стане каскадно като лазер, излъчващ плътно фокусирани гравитационни вълни в една посока. Лиу - който нарича теоретичното явление "гравитационен лазер" - подчертава, че това би бил нов вид сигнал за гравитационни вълни, напълно различен от всички, които сме виждали или изучавали досега.

Макар и мощни, тези гравитационни лазери ще са много редки. Първо, изискват строго определени условия, за да се задейства каскадата на възбуждане. Второ, повечето лазери биха били насочени встрани от Земята, тъй като се изстрелват от черните дупки в произволни посоки, така че не бихме могли да ги видим. Но обсерваториите за гравитационни вълни от следващо поколение може би ще могат да откриват гравитационни лазери. Ако ги видим, това ще бъде солидно доказателство, че тъмната материя съществува под формата на аксиони - и че нашата Вселена е достатъчно удивителна, за да позволи съществуването на гравитационни лазери.

Справка: https://arxiv.org/abs/2401.16096

Източник: Einstein's predictions mean rare 'gravitational lasers' could exist throughout the universe, new paper claims, Paul Sutter

Още по темата

20/09/2023

Физика

Най-мощният рентгенов лазер в света е пуснат в действие

24/04/2023

Космос

Пръстените на Айнщайн казват повече за природата на тъмната материя

06/01/2023

Физика

Разработен е светлинен източник, произвеждащ два вплетени светлинни лъча

29/06/2021

Физика

Хвърлете аксионна бомба в черна дупка и законът за запазване на заряда ще бъде нарушен