Астрофізики з Віргінського політехнічного інституту і університету штату і Коледжу Нью-Джерсі (обидва – США) показали, що спостереження подвійних систем, утворених чорною дірою і Пульсаром (сильно намагніченою і швидко обертається нейтронної зіркою), дають можливість оцінювати параметри моделей, в яких вводиться додаткове просторовий вимір.

Нагадаємо: існування шести або семи додаткових вимірювань постулюється в теорії струн, однією з найбільш відомих теорій квантової гравітації. Прийнято вважати, що додаткові вимірювання не виявляють себе в силу своєї малості (компактіфікаціі) і характеризуються певним масштабом L, природним виразом якого була б Планка довжина (~ 10-33 см). Щоб дослідити такий масштаб довжин на прискорювачах, необхідно досягти енергії, також порівнянної з планковской (~ 1019 ГеВ) і приблизно в 1016 разів перевищує можливості Великого адронного коллайдера.

Альтернативою компактіфікаціі вважаються моделі, що допускають існування додаткових вимірів великого чи навіть нескінченного розміру. До цієї групи належить популярна концепція «світу на брані» Рендалл – Сундрума, в рамках якої звична для нас Всесвіт розглядається як виділена чотиривимірні поверхню або шар, званий браной, у викривленому пятімерной просторі-часі анти-де Ситтера. Четверте просторовий вимір з характерним радіусом кривизни L залишається невидимим в силу того, що всі взаємодії та частки Стандартної моделі зосереджені на лайку, і тільки Гравітон (кванти гравітаційного поля) поширюються ще й у навколишньому «обсязі». Такий підхід дозволяє вирішити давню «проблему ієрархії» – пояснити слабкість гравітаційної взаємодії, яка стає очевидною при порівнянні з трьома іншими фундаментальними взаємодіями.

Модель Рендалл – Сундрума має цікаві астрофізичні слідства, в число яких входить збільшена швидкість випаровування чорних дір за рахунок випромінювання Хокінга. Учені вже намагалися використовувати цей ефект для оцінки L: в 2009 році співробітник університету Арізони Тімоті Йохансен (Timothy Johannsen) з'ясував, що дослідження давно відомої рентгенівської подвійний XTE J1118 +480, що складається з чорної дірки і проеволюціоніровавшей зірки, дозволяє встановити верхню межу L <35 мкм. Це значення нижче, ніж отриманий в експериментах з крутильним маятником межа L <44 мкм, але фізична складність системи, розглянутої паном Йохансеном, робить результат його роботи не надто надійним – у всякому разі менш надійним, ніж дані лабораторних дослідів.

Автори пропонують вивчати більш «прості» подвійні системи, елементи яких – чорну діру і нейтронну зскрізь – можна представити у вигляді точкових мас, не обмінюються речовиною. Швидке випаровування чорної діри, що описується в моделі «світу на брані», і природна втрата енергії системою (за рахунок гравітаційного випромінювання) будуть давати протилежні ефекти: у першому випадку велика піввісь орбіти і орбітальний період повинні збільшуватися, а в другому – зменшуватися. Приміром, в подвійний з орбітальним періодом, рівним 7,75 год, до складу якої входять чорна діра масою в три сонячних і приблизно в два рази легша нейтронна зірка, швидкість росту орбітального періоду, зумовлена ​​втратою маси, складе 0,40 мс / рік, а гравітаційне випромінювання дасть зміна в -0,12 мс / рік. Величина L, прямо впливає на інтенсивність втрати маси, тут прийнята рівною 10 мкм.

Значення орбітального періоду вчені запозичили у подвійний, в яку входить пульсар PSR B1913 +16 і ще одна нейтронна зірка. Реєструючи випромінювання цього пульсара, виявлене в 1974 році, астрономи зуміли обчислити швидкість зміни орбітального періоду, що дорівнює -0,076 ± 0,00003 мс / рік.

Таким чином, ефект від втрати маси чорною дірою – 0,40 мс / рік – легко розрізнити при реально досяжною похибки вимірювань. Якщо спостереження подвійних, що складаються з чорної дірки і нейтронної зірки, проводити з аналогічною точністю, то фізикам будуть доступні радіуси L, вимірювані частками мікрометра.

Повна версія звіту опублікована у виданні Astrophysical Journal Letters; препринт статті можна завантажити з сайту arXiv.

За матеріалами: NewScientist.

Tweet