Черные дыры Керра помогли физикам взвесить фотоны

Компьютерная модель черной дыры. Иллюстрация Wikicommons

Международная группа физиков установила, что факт существования вращающихся черных дыр (известных также как черные дыры Керра), накладывает ограничения на массу фотонов в некоторых теориях, являющихся расширениями Стандартной модели. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters.

Существование черных дыр впервые было предсказано в начале XX века. Простейшими дырами считаются так называемые дыры Шварцшильда, названные так в честь пионера теории относительности Карла Шварцшильда. Он предложил решение уравнения Эйнштейна для сферически-симметричного тела. Из решения Шварцшильда следовало, что при определенных соотношениях на массу тела и его радиус, гравитационное поле вокруг будет настолько сильным, что даже свет не сможет его покинуть, то есть образуется черная дыра.

Со временем модель объекта усложнялась. Например, появились вращающиеся черные дыры, известные как дыры Керра. Они отличаются от дыр Шварцшильда рядом динамических эффектов и были названы в честь математика Роя Керра. Именно такие дыры рассматривали физики в опубликованной в Physical Review Letters работе.

Проведя сложнейшие вычисления (ученые сначала считали все в медленном режиме вращения, а потом возмущали полученные результаты, чтобы получить информацию для режимов с большой скоростью), исследователи смогли прояснить механизм взаимодействия массивного фотона с дырой. В результате оказалось, что если масса этой частицы больше определенного значения, то черные дыры Керра должны терять энергию взрывным образом. В результате, оказалось, что масса фотона не выше 10^-22 электронвольт.

Массивные фотоны возникают в различных расширениях Стандартной модели - теории, описывающей мир элементарных частиц. Появления у фотона массы позволяет объяснить некоторые космологические эффекты поскольку, например, делает скорость света не постоянной величиной.