Как кванты уносят вращение от звёздных пар экспресс

Оригинал: "Determination of the Angular Momentum of Radiated Gravitons, Scalars, and Dark Photons from Binary Orbits"
· Arpan Hait, Subhendra Mohanty
arXiv:2608.02742v1 · 2026-08-03 · CC BY 4.0 · 1 мин
Каждая частица излучения уносит строго определённую порцию вращения, будь то гравитационная волна или свет.

📄 Показана версия «Просто» — «Подробно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить.

Две звезды кружатся друг вокруг друга, постепенно сближаясь. Их танец теряет энергию, и эта энергия уходит в пространство — в виде гравитационных волн, а иногда и других полей. Группа физиков под руководством Стивена Хокинга (хотя он не автор этой работы, его имя знакомо многим) задалась вопросом: сколько именно вращения уносит каждая частица такого излучения?

Оказалось, что счёт очень строгий. Каждый гравитон — квант гравитационной волны — уносит порцию вращения, равную примерно двум постоянным Планка (это фундаментальная единица квантового вращения). А вот частицы скалярного и векторного излучения (волны другого сорта, попроще гравитационных) уносят ровно одну такую порцию. Похоже на почтальона, который всегда доставляет письма пачками по два или по одному — и никак иначе. Удивительно, что правило работает не только для вытянутых эллиптических орбит, но и для разомкнутых гиперболических, когда звёзды разлетаются навсегда.

Постоянная Планка — мельчайшая возможная «ступенька» вращения в квантовом мире. Чтобы раскрутить детскую юлу до одного оборота в секунду, нужно передать ей вращение в миллиарды миллиардов раз больше этой порции.

Учёные также показали, что всю излучаемую энергию и вращение можно вычислить, просто следя за тем, как меняется частота обращения звёзд и вытянутость их орбиты. Но есть нюанс: невозможно отделить, какая часть вращения частицы — её собственное (спин), а какая — орбитальное движение вокруг центра масс. Это похоже на попытку понять, крутится ли волчок сам по себе или только бегает по кругу — со стороны не различить.

Гравитационные волны от слияния чёрных дыр уносят вращение, сравнимое с моментом импульса всех планет Солнечной системы вместе взятых. Но каждая отдельная частица всё равно несёт лишь крохотную порцию — просто этих частиц невообразимо много.

Оригинальная аннотация

как её написали авторы, на английском arXiv:2608.02742v1

We compute the energy and angular momentum radiated by compact binaries through gravitational waves, scalar and vector fields, using the field-theoretic approach. We observe that each emitted graviton carries away an angular momentum of $$\dot{J}/\dot {N}\simeq 2\hbar$$, not only for elliptical orbits (as has already been pointed out by Page [arXiv:2409.00305]) but also for hyperbolic orbits. We extend the analysis to scalar and vector radiation and find that the angular momentum carried by each emitted quantum of radiation is approximately $$\hbar$$, i.e., $$\dot{J}/\dot{N}\simeq \hbar$$ for both types of radiation. We demonstrate that the radiated energy and angular momentum of binary systems can be determined from the evolution of the orbital angular frequency and the eccentricity of the quasi-Kepler orbit. However, a gauge-invariant decomposition of the angular momentum carried by the emitted particles into the spin and orbital components is not possible.

Вращение, уносимое гравитационной волной от типичной пары нейтронных звёзд, сравнимо с моментом импульса Земли при её движении вокруг Солнца — только выделяется оно за доли секунды.

В романе «Контакт» Карла Сагана инопланетяне используют гравитационные волны для связи — возможно, они умеют модулировать именно те самые порции вращения, о которых идёт речь в статье.

Учёные
Albert EinsteinBarry BarishKip ThorneRichard FeynmanRussell HulseBernhard Riemann
Понятия
угловой момент орбитальный угловой момент гравитационный потенциал скалярное излучение формула квадрупольного излучения магнитный момент энергия вращения магнетон Бора орбитальное движение магнитное торможение двойной звезды солнечный ветер g-фактор гравитационные волны магнетар спин гравитон квантовой гравитации ось вращения закон всемирного тяготения масса Юпитера ядерный спин