Kép jóváírása: Penn State
A Penn State tudósai új mérföldkövet értek el a két keringő fekete lyuk modellezése során - ez az esemény várhatóan erős gravitációs hullámokat vált ki. "Felfedeztük a módját, hogy modellezzük először két inspiráló fekete lyuk egy pályáját" - mondja Bernd Bruegmann, a fizika docens és a Penn State Gravitációs Fizikai és Geometriai Intézet kutatója. Bruegmann kutatása egy olyan világszintű törekvés részét képezi, amely a Föld fölött gördülő cselekmény során az első gravitációs hullámot megragadja.
Az ezeket a szimulációkat leíró papírt közzéteszik a Physical Review Letters folyóirat 2004. május 28-i számában. A cikk Bruegmann és a Penn State-i csoportjában két posztdoktori tudósító, Nina Jansen és Wolfgang Tichy.
A fekete lyukakat Einstein általános relativitáselmélete írja le, amely nagyon pontos leírást ad a gravitációs kölcsönhatásról. Einstein egyenletei azonban bonyolultak, és közismertleg nehezen megoldhatók még numerikusan is. Ezenkívül a fekete lyukak maguk is a saját problémájukat jelentenek. Az egyes fekete lyukakon belül rejlik az úgynevezett tér-idő szingularitás. Bármely tárgyat, amely túl közel kerül, a fekete lyuk középpontjába húzzák, anélkül hogy esély lenne arra, hogy újra elmeneküljön, és hatalmas gravitációs erőket fog tapasztalni, amelyek széttépik azt.
"Amikor modellezzük ezeket a szélsőséges körülményeket a számítógépen, azt találjuk, hogy a fekete lyukak fel akarják enni és széttépni a pontok numerikus rácsát, amelyet a fekete lyukak közelítéséhez használunk" - mondja Bruegmann. "Egyetlen fekete lyukat már nehéz modellezni, de az inspiráció utolsó szakaszában két fekete lyuk jelentősen nehezebb, Einstein elméletének nagyon nemlineáris dinamikája miatt." A fekete lyukú binárisok számítógépes szimulációi általában instabilokk és összeomlanak egy véges idő után, amely sokkal rövidebb volt, mint az egy pályára kitöltött idő.
"A kifejlesztett technika egy olyan rácson alapul, amely a fekete lyukakkal együtt mozog, minimalizálva azok mozgását és torzulását, és elegendő időt vásárol nekünk ahhoz, hogy az egyik spirális pályát egymás körül befejezzük, mielőtt a számítógépes szimuláció összeomlik" - mondja Bruegmann. Analógiát kínál a „együtt mozgó rács” stratégia illusztrálására: „Ha egy körhinta mellett állsz, és egy embert akarsz figyelni, akkor mozgatnod kell a fejed, hogy folyamatosan figyeld őt, amint köröz. De ha a körhintán állsz, akkor csak egy irányba kell nézned, mert az a személy már nem mozog veled kapcsolatban, bár mindkettő körökben jár.
Az egymással együtt mozgó rács felépítése Bruegmann munkájának fontos újítása. Noha ez nem új ötlet a fizikusok számára, kihívást jelent, hogy két fekete lyukkal működjön. A kutatók egy visszacsatolási mechanizmust is hozzáadtak a dinamikus kiigazítások elvégzéséhez, amikor a fekete lyukak kialakultak. Az eredmény egy bonyolult séma, amely valójában két fekete lyuknál működik a spirális mozgás körülbelül egy pályáján.
"Noha a fekete lyuk kölcsönhatásainak és a gravitációs hullámok modellezése nagyon nehéz projekt, Bruegmann professzor eredménye jó képet ad arról, hogy miként lehetünk sikeresek ebben a szimulációs erőfeszítésben" - mondja Richard Matzner, az Austini Texasi Egyetem professzora és a fő kutató. a Nemzeti Tudományos Alapítvány korábbi bináris fekete lyukú nagy kihívásbeli szövetsége, amely a 90-es években megteremtette a numerikus relativitáselmélet alapjainak nagy részét.
Abhay Ashtekar, az Eberly fizika professzora és a Gravitációs Fizikai és Geometriai Intézet igazgatója hozzáteszi: „A Bruegmann professzor csoportjának a közelmúltban végzett szimulációja mérföldkő, mivel megnyitja az ajtót számos fekete lyukkal történő ütközés numerikus elemzésének elvégzéséhez. a gravitációs hullámcsillagászat legérdekesebb eseményei. ”
Ezt a kutatást a Nemzeti Tudományos Alapítvány támogatásával finanszírozták, ideértve egy, a Nemzeti Tudományos Alapítvány által a Gravitációs Fizika és Geometria Intézetében létrehozott, a Nemzeti Tudományos Alapítvány által létrehozott Frontier Gravitációs Hullámfizikai Központ támogatását is.
Eredeti forrás: Penn State sajtóközlemény
