Физики из Колумбийского университета и Университета Адольфо Ибаньеса разработали теорию гравитационного пересоединения — изменения связности математических структур, описывающих гравитационное поле. Такой процесс может менять обмен энергией и импульсом между полем и веществом. Работа опубликована в журнале Physical Review D.
Лука Комиссо и Фелипе Асенхо опирались на аналогию с магнитным пересоединением в плазме. При этом известном процессе магнитные силовые линии меняют конфигурацию, а часть энергии поля переходит к частицам. Подобный механизм играет важную роль, например, в солнечных вспышках.
Авторы использовали особую форму записи общей теории относительности, математически эквивалентную уравнениям Эйнштейна. В ней некоторые соотношения напоминают законы, описывающие поведение плазмы, что позволяет применять к гравитации похожие методы анализа.
Однако геометрия двух процессов различается. В случае гравитации исследователи рассматривают не привычные линии в трехмерном пространстве, а двумерные полевые поверхности в четырехмерном пространстве-времени. Это математические объекты, характеризующие устройство поля.
При идеальных условиях их связность сохраняется. Ученые описали, как нарушение соответствующего условия допускает пересоединение, вывели количественные характеристики его скорости и исследовали последствия для обмена энергией и импульсом.
Разработка может оказаться полезной при изучении областей с быстро меняющейся сильной гравитацией, в том числе слияний черных дыр. Авторы рассчитывают выяснить, какие особенности таких процессов удастся предсказывать и могут ли они отражаться в гравитационно-волновых сигналах.
Пока это теоретический результат. Он не означает, что астрономы наблюдали буквальный разрыв пространства-времени или новый источник энергии. Чтобы связать предложенное описание с измерениями, необходимо исследовать конкретные астрофизические сценарии и определить наблюдаемые признаки.
Ранее физики объяснили, как черная дыра может «порвать штаны».