Как пара чёрных дыр рождает частицы из пустоты экспресс
Две чёрные дыры кружатся в медленном танце, постепенно сближаясь. Их движение возмущает само пространство-время — как если бы два тяжёлых шара катились по натянутой простыне, заставляя её дрожать. Эти дрожания мы называем гравитационными волнами. Но есть и более тонкий эффект: колеблющаяся ткань пространства-времени способна рождать частицы прямо из вакуума.
В квантовой физике пустота не совсем пуста — в ней постоянно возникают и исчезают пары частиц и античастиц. Обычно они тут же аннигилируют, но сильное искривление пространства-времени может развести их в стороны, превратив в реальные, наблюдаемые частицы. Именно так работает излучение Хокинга у одиночной чёрной дыры. Авторы новой работы применили эту идею к системе из двух чёрных дыр на ранней стадии сближения — когда они ещё далеко друг от друга, а гравитация не слишком сильна.
Результат оказался неожиданным: спектр рождённых частиц не тепловой, как у излучения Хокинга, а степенной. Энергия, уносимая частицами, растёт с частотой гравитационной волны по закону ~$ω^{16}$/3. Иными словами, чем быстрее кружатся дыры, тем мощнее поток частиц. Пока расчёт охватывает только спокойную фазу вдохновения, а бурное слияние осталось на будущее. Но уже сейчас ясно: танцующие чёрные дыры заставляют пустоту светиться.
Эффект рождения частиц гравитационным полем был теоретически предсказан ещё в 1970-х, но для двойных чёрных дыр его посчитали впервые только сейчас.
В романе «Тау Ноль» Пола Андерсона экипаж звездолёта наблюдает, как при сильном ускорении вакуум начинает испускать частицы — отголосок тех самых квантовых эффектов в искривлённом пространстве.