Чёрная дыра в поляризационных очках экспресс
Чёрная дыра — не просто тёмный силуэт на фоне звёзд. Её тень окружена тонким светящимся кольцом из фотонов, которые наматывают круги вокруг горизонта событий, прежде чем улететь к наблюдателю. Обычно эта картина не зависит от поляризации света — то есть от того, в каком направлении колеблется электрическое поле волны.
Но всё меняется, если фотоны чувствуют не только гравитацию, но и напрямую кривизну пространства-времени. Такая особая связь — её называют связью с тензором Вейля — превращает пространство вокруг чёрной дыры в подобие двоякопреломляющего кристалла. Свет с одной поляризацией огибает дыру по более широкой дуге, с другой — по более узкой. Тень расщепляется: вместо одного тёмного пятна появляются два, вложенных друг в друга. Их края могут расходиться более чем на половину радиуса.
Авторы работы рассчитали полный набор наблюдаемых сигналов: от поглощения и рассеяния волн до тонкой структуры фотонных колец. Свои вычисления они проверили тремя независимыми методами. Самый надёжный признак эффекта — свет, отражённый строго назад. В обычной теории такого луча нет, а здесь он появляется и не зависит от ориентации поляризации. Этот «обратный луч» может стать ключом к поиску новой физики в будущих наблюдениях горизонта событий.
Двойное лучепреломление — свойство некоторых кристаллов, например кальцита, через который одна надпись видна дважды. Вокруг чёрной дыры этот эффект создаёт сама гравитация, если фотоны особым образом с ней связаны.
В фильме «Интерстеллар» тень чёрной дыры Гаргантюа была рассчитана с учётом вращения, но поляризационное расщепление могло бы добавить ей второе, смещённое кольцо.