Команда дослідників з Уппсальського та Оксфордського університетів, а також Вільного університету Брюсселя виявила зв'язок між класичним і квантовим описами обертових чорних дір.
Наукова робота опублікована в журналі Physical Review Letters. Згідно з текстом статті, розсіювання світла і матерії чорною дірою, яка обертається, можна пояснити в термінах нової квантової теорії поля з урахуванням симетрії з вищим калібром спіну.
Різновид чорних дір, відомих як чорні діри Керра, - дуже цікаві астрономічні об'єкти. Вони — свого роду “розв'язки” загальної теорії відносності Ейнштейна, які описують обертові маси, а також викривляють навколишній простір-час.
Фізична природа чорних дір Керра нібито легко пояснюється, однак вони ставлять занадто багато питань теоретичній та експериментальній фізиці.
Наприклад: як чорні діри, що обертаються, взаємодіють з іншими частинками та полями? Важливе питання, якщо ми хочемо виявляти гравітаційні хвилі, пульсації у просторі та часі, що виникають при злитті двох масивних об'єктів.
Як відомо, перша реєстрація гравітаційних хвиль була здійснена колаборацією LIGO/Virgo у 2015 році. Тоді науковці тільки глянули у бік темної сторони космосу, але цього було достатньо для розробки новітніх обчислювальних методів та узгодження теорії з експериментальними даними.
Водночас класична теорія загальної відносності все менше дає однозначних відповідей. І перестає домінувати при вивченні гравітації.
Квантова теорія поля описує поведінку матерії та енергії в найменших масштабах, навпаки, набирає обертів та відіграє певну роль у фізиці чорних дір.
Вже очевидно, що квантові ефекти можуть модифікувати розсіювання світла і матерії чорною дірою, однак ми до кінця не розуміємо деякі особливості внаслідок того, що вони не охоплюються класичним описом.
Згідно з результатами дослідження, квантове розсіювання чорної діри, яка обертається, описується математичними інструментами ефективної теорії поля, де ЧД - точкова частинка зі спіном.
ЕТП дозволяє спростити складні фізичні системи, зосереджуючись на найбільш важливих ступенях свободи та симетріях. У цьому випадку об’єктам надається симетрія вищого спінового калібру, тобто вона інваріантна при перетвореннях за участю полів з довільним спіном.
Така калібрувальна симетрія має глибокі наслідки для структури та узгодженості ЗТВ. І водночас накладає сильні обмеження на гіпотетичні взаємодії та поправки, таким чином забезпечуючи сумісність теорії з відомими класичними та квантовими результатами для керрівської чорної діри.
Щобільше, калібрувальна симетрія з вищим спіном вказує на глибші зв'язки між теорію відносності та іншими квантовими (парадокс?) теоріями гравітації, такими як теорія струн.
Дослідники також вивчили наслідки калібрувальної симетрії вищого спіну для комптонівського розсіяння чорної діри, що обертається, - процесу, в якому фотон відскакує від чорної діри й змінює свою частоту.
Система гравітації двох тіл тепер передбачає рух і випромінювання двох компактних об'єктів. А симетрія вищого спінового калібру фіксує комптонівську амплітуду чорної діри, - аж до неоднозначності контактного терміну.
