Пластмасова черна дупка изкриви светлината

В съвременния свят господства пластмасата. През последните десетилетия това вещество е заменило много привични материали от рода на дървото, кожата и метала.

Постепенно пластмасови станаха дрехите, мебелите, техническите части и детайли, строителните материали и дори оръжието. Сега този символ на всичко изкуствено помогна на учените да сътворят пластмасова… черна дупка.

Причината за създаването на толкова сложен и засега слабопонятен обект било желанието на изследователите да имитират влиянието на гравитацията на черната дупка върху светлината, преминаваща през т.нар. фотонна сфера (photon sphere). Фотонната сфера е сферична област от пространството, където гравитацията е толкова силна, че кара фотоните да се движат по орбита.

Както е известно, космическите черни дупки притежават колосална сила на привличане. На учените им е интересно да разберат какво се случва на хоризонта на събитията, където се изкривяват не само лъчите, но и пространство-времето (радиусът на фотонната сфера е малко по-голям от този на хоризонта на събитията, затова частиците светлина не се завличат към центъра на вселенската „прахосмукачка”.)

За да визуализират този процес и да имитират случващото се в Космоса в по-малък мащаб, учените добавили към разтопено акрилно стъкло квантови точки. Тези мънички „капки” полупроводници под въздействие на светлината започват да флуоресцират. След това сместа била налята във въртяща се кварцова пластина, като така се разпределя по нея.

В центъра на образувалата се „черна дупка” като котва била поставена микроскопична сфера от полистирен. Тя карала сместа върху пластината да се разпределя по такъв начин, че дебелината на слоя да намалява според отдалечаването към края на кварцовата подложка.

В резултат инженерите получили модел, в който изменението на показателя на пречупване на светлината в акрилния материал съответствало на изменението на изкривяването на пространството близо до истинска черна дупка.

Визуализирането на движението на светлината до фотонната сфера било постигнато с помощта на лазер. Близо до сферата от полистирен пречупването било такова, че лазерните лъчи се завъртели и образували окръжност. В същото време най-отдалечените от центъра лъчи се огъвали, сякаш повлечени от гравитационното поле на черната дупка.

Този ефект, наречен гравитационна леща, се използва широко от астрономите. Благодарение на него изследователите разбират за много отдалечени от Слънчевата система обекти, като например екзопланети.

„Наблюдаваният от нас ефект е аналогичен на изкривяването на пространството около черната дупка и съответства на предишните изчисления”, казва проф. Хуай Лю от университета в Нанкин.

Изобщо учените, благодарение на получените модели, видели много познати гравитационни ефекти, описани на книга с уравненията на Айнщайн.

Проф. Хуай добавя, че макар този модел да е замислян като един от експериментите около общата теория на относителността, получените знания имат и някои практически приложения. Например любопитната способност на материала да абсорбира светлината може да послужи при усъвършенстването на новите слънчеви батерии.

Разбира се, това не е първият модел на черна дупка – и преди са имитирани отделни процеси, свързани с тайнственото лъчение на Хокинг. Но подобни изследвания на фотонните сфери се провеждат за първи път.