Составлена периодическая таблица «странных» орбит, по которым могут двигаться тела, находящиеся в непосредственной близости от черных дыр. Открытие дает науке новый шанс обнаружить гравитационные волны — своего рода «Святой Грааль» современной физики, чье существование предсказано теоретически, но до сих пор не подтверждено.
Фигуры космического танца: Новая периодическая
Объект, вращающийся в окрестностях черной дыры, движется в соответствии с одной из сложных траекторий

Нормальная орбита любого тела, захваченного притяжением другого тела, представляет собой эллипс или круг — именно такие орбиты мы наблюдаем в Солнечной системе. Однако Общая Теория Относительности утверждает, что в окрестностях крайне массивных тел — там, где пространство оказывается сильно искривлено благодаря наличию колоссального гравитационного поля — спектр возможных стабильных орбит значительно расширяется. В подобных условиях физические объекты начинают вести себя весьма странно. Например, тело может подлететь к черной дыре по крутой параболе, сделать вокруг нее несколько стремительных коротких витков, а затем снова заложить вытянутую петлю — и так далее.

Траектория каждого нового сближения оказывается отличной от всех предыдущих, однако в этом хаотичном танце можно вычленить регулярно повторяющиеся схемы, которые, в свою очередь, поддаются делению на геометрические классы. К такому выводу пришли нью-йоркские физики Янна Левин (Janna Levin) и Гэбриел Перес-Гиз (Gabriel Perez-Giz), исследовавшие их с помощью математической модели. Им удалось выявить ряд стабильных, повторяющих друг друга орбит, возможных в том случае, если в стартовой точке тело имеет строго определенную скорость и направление движения. В реальности подобная ситуация невозможна, так как характеристики тела всегда будут отличаться от идеального значения — пускай и на очень незначительную величину. Однако если речь идет о мысленном эксперименте, подобные орбиты имеют все права на существование.

Исследователи выяснили, что каждой траектории неповторяющегося типа можно поставить в соответствие «идеальную» орбиту, обладающую схожей геометрией, но имеющую вид стабильного и замкнутого цикла. Это позволило им построить строгую классификацию незамкнутых траекторий, опирающуюся на типы «идеальных» орбит, которым они соответствуют.

Открытие должно помочь ученым разработать более совершенные методы детектирования гравитационных волн — возмущений гравитационного поля, чье существование было предсказано еще Эйнштейном. Дело в том, что характеристики гравитационной волны, образующейся при слиянии массивных объектов, во многом определяются траекторией их сближения. Зная наиболее типические траектории, ученые могут составить себе представление о типичных гравитационных всплесках и скорректировать соответствующим образом методы поиска.

О том, насколько актуальным для науки является сегодня поиск гравитационных волн, можно судить хотя бы по числу новостей об исследованиях их природы. Вспомним суперструны в момент смерти («Космос волнуется»), сверхчувствительный детектор («Поймать волну») или запуск самого большого в мире миллиметрового телескопа («Взгляд в прошлое»).

По информации New Scientist Space