Credit imagine: Penn State
Oamenii de știință de la Penn State au atins o nouă etapă în efortul de a modela două găuri negre orbitante, eveniment care se așteaptă să creeze valuri gravitaționale puternice. „Am descoperit o modalitate de a modela numeric, pentru prima dată, o orbită de două găuri negre inspiratoare”, spune Bernd Bruegmann, profesor asociat de fizică și cercetător la Institutul Penn State pentru fizică gravitațională și geometrie. Cercetarea lui Bruegmann face parte dintr-un efort mondial de a prinde primul val de gravitație în timpul rulării pe Pământ.
O lucrare care descrie aceste simulări va fi publicată în numărul din 28 mai 2004 al revistei Physical Review Letters. Lucrarea este scrisă de Bruegmann și de doi savanți postdoctorali din grupul său de la Penn State, Nina Jansen și Wolfgang Tichy.
Gurile negre sunt descrise de teoria relativității generale a lui Einstein, care oferă o descriere extrem de precisă a interacțiunii gravitaționale. Cu toate acestea, ecuațiile lui Einstein sunt complicate și notoriu greu de rezolvat chiar și numeric. Mai mult, găurile negre își pun propriile probleme. În fiecare gaură neagră se ascunde ceea ce este cunoscut sub numele de singularitate spațiu-timp. Orice obiect care se apropie prea mult va fi tras în centrul găurii negre, fără nicio șansă de a scăpa din nou, și va experimenta forțe gravitaționale enorme care îl distrug.
„Când modelăm aceste condiții extreme pe computer, descoperim că găurile negre vor să devoreze și să desprindă grila numerică de puncte pe care le folosim pentru a aproxima găurile negre”, spune Bruegmann. „O singură gaură neagră este deja dificil de modelat, dar două găuri negre în etapele finale ale inspirației lor sunt mult mai dificile din cauza dinamicii extrem de neliniare a teoriei lui Einstein.” Simulările computerizate ale binarelor cu găuri negre tind să se instaleze și să se prăbușească după un timp finit, care a fost semnificativ mai scurt decât timpul necesar pentru o orbită.
„Tehnica pe care am dezvoltat-o se bazează pe o grilă care se mișcă împreună cu găurile negre, reducând la minimum mișcarea și denaturarea lor și ne cumpărăm suficient timp pentru ca aceștia să finalizeze o orbită spiralată în jurul celuilalt înainte ca simularea computerului să se prăbușească”, spune Bruegmann. El oferă o analogie care să ilustreze strategia de „co-move grilă”: „Dacă stai în afara unui carusel și vrei să urmărești o persoană, trebuie să îți miști capul pentru a-l urmări în timp ce înconjoară. Dar dacă stai pe carusel, trebuie să te uiți într-o singură direcție, deoarece acea persoană nu se mai mișcă în raport cu tine, deși amândoi ocoliți în cercuri. "
Construirea unei rețele în mișcare este o inovație importantă a activității lui Bruegmann. Deși nu este o idee nouă pentru fizicieni, este o provocare să o facă să funcționeze cu două găuri negre. Cercetătorii au adăugat, de asemenea, un mecanism de feedback pentru a face ajustările dinamic pe măsură ce găurile negre evoluează. Rezultatul este o schemă elaborată care funcționează de fapt pentru două găuri negre pentru aproximativ o orbită a mișcării în spirală.
„În timp ce modelarea interacțiunilor cu gaura neagră și undele gravitaționale este un proiect foarte dificil, rezultatul profesorului Bruegmann oferă o imagine bună despre modul în care vom reuși în sfârșit în acest efort de simulare”, spune Richard Matzner, profesor la Universitatea Texas din Austin și investigator principal al fosta alianță Binary Black Hole Grand Challenge Alliance a Fundației Naționale a Științei care a pus o mare parte din temelii pentru relativitatea numerică în anii 90.
Abhay Ashtekar, profesor de fizică Eberly și director al Institutului de fizică gravitațională și geometrie, adaugă: „Simularea recentă a grupului profesorului Bruegmann este un reper, deoarece deschide ușa pentru efectuarea unei analize numerice a unei varietăți de coliziuni cu gaura neagră. cele mai interesante evenimente pentru astronomia valurilor gravitaționale. ”
Această cercetare a fost finanțată din subvenții de la Fundația Națională de Știință, inclusiv una la Frontier Center for Gravitational Wave Physics, înființată de Fundația Națională a Științei în Institutul Penn State pentru fizică gravitațională și geometrie.
Sursa originală: Comunicat de presă al statului Penn
