O analogie cu reconexiunea magnetică sugerează că și câmpurile gravitaționale se pot rupe și reconecta
La peste un secol după ce Einstein a formulat ecuațiile gravitației, fizicienii continuă să le descopere noi interpretări. Luca Comisso, cercetător asociat în departamentele de Astronomie și Fizică ale Universității Columbia și în Laboratorul de Astrofizică Columbia, împreună cu Felipe A. Asenjo de la Universidad Adolfo Ibáñez din Chile, au găsit o modalitate nouă de a privi aceste ecuații, care dezvăluie o analogie izbitoare cu „reconexiunea magnetică” din plasme.
Reconexiunea magnetică are loc atunci când liniile câmpului magnetic se rup și se reconectează într-o configurație diferită, eliberând energie. Este procesul din spatele erupțiilor solare și unul dintre cele mai importante mecanisme de eliberare a energiei din astrofizică: energia trece din câmpul magnetic către particulele din plasmă, producând explozii și evenimente energetice.
Potrivit cercetătorilor, gravitația poate face ceva similar, însă geometria diferă. Spațiul-timp al lui Einstein are patru dimensiuni, nu trei, astfel încât gravitația implică mai degrabă „foi” de câmp decât linii de câmp. Adăugând o dimensiune unei linii se obține un plan, iar mai multe linii împreună formează o „foaie”. În locul liniilor magnetice care se întind, se reconectează și eliberează energie, câmpul gravitațional ia forma unor foi care se mișcă, se reconectează și eliberează energie. Aceste foi sunt structuri matematice, nu obiecte fizice, dar reconexiunea lor descrie un proces prin care energia poate fi transferată din câmpul gravitațional către materie.
Descoperirea provine dintr-o abordare neconvențională a ecuațiilor lui Einstein și se bazează pe o cercetare anterioară, publicată în Physical Review Letters împreună cu Maricarmen A. Winkler, care a identificat un set de reguli necunoscute până atunci ce constrâng modul în care spațiul-timp se poate curba, întinde și evolua. „Ecuațiile lui Einstein conțin constrângeri privind evoluția spațiului-timp care nu sunt imediat evidente”, a explicat Asenjo. Prin dezvăluirea acestor proprietăți ascunse, cercetătorii pot începe să înțeleagă regulile fundamentale care guvernează reconexiunea gravitațională.
În noua lucrare, Comisso și Asenjo arată cum conexiunile câmpului gravitațional se pot schimba atunci când condițiile ideale care le conservă se destramă. „Unele implicații sunt ascunse în ecuații și nu sunt ușor de surprins doar privindu-le”, a spus Comisso. „Trebuie să le rescrii într-un mod diferit și apoi poți exploata acest comportament.”
Rescrierea este chiar miezul cercetării. În ultimii ani, fizicienii au dezvoltat o nouă formulare a ecuațiilor lui Einstein, echivalentă matematic cu originalele, dar exprimată în variabile diferite. Scrise astfel, ecuațiile gravitației încep să semene foarte mult cu ecuațiile care guvernează plasmele. Recunoscând asemănarea, Comisso, care și-a dedicat cariera studiului plasmelor, a adus metodele fizicii plasmelor în domeniul gravitației. „Ne ajută să prezicem unele modele ale spațiului-timp”, a spus el. „Chiar fără a face calculul complet, știm că spațiul-timp trebuie să se comporte într-un anumit fel, că trebuie să satisfacă acele constrângeri.”
Această abordare contează pentru modul obișnuit de a face acest tip de fizică. Când astrofizicienii vor să afle ce se întâmplă la ciocnirea a două găuri negre, rulează simulări masive pe supercalculatoare și folosesc rezultatele pentru a prezice forma semnalului de unde gravitaționale pe care detectoare precum LIGO sunt concepute să îl măsoare.
Deocamdată, reconexiunea gravitațională rămâne o descoperire teoretică. Următoarea provocare este de a investiga cum s-ar putea desfășura acest proces în contexte astrofizice concrete, precum găurile negre care fuzionează, și dacă produce efecte măsurabile. Comisso speră că abordarea va ajuta în cele din urmă cercetătorii să prezică câtă energie eliberează astfel de evenimente și ce urme ar putea lăsa în undele gravitaționale.
