Кредитна графіка: штат Пенн
Вчені штату Пенн досягли нової віхи в спробі моделювати дві орбіти чорних дір, подія, яка, як очікується, породить сильні гравітаційні хвилі. "Ми знайшли спосіб моделювати чисельно, вперше, одну орбіту двох надихаючих чорних дір", - каже Бернд Брейгманн, доцент фізики та науковий співробітник Інституту гравітаційної фізики та геометрії штату Пенн. Дослідження Брюгмана є частиною всесвітнього прагнення зловити першу хвилю тяжіння в акті кочення над Землею.
Документ, що описує ці симуляції, буде опублікований у випуску журналу «Фізичний огляд листів» від 28 травня 2004 року. Документ написаний Bruegmann та двома докторантурами його групи в штаті Пенн, Ніна Янсен та Вольфганг Тічі.
Чорні діри описані теорією загальної відносності Ейнштейна, яка дає дуже точний опис гравітаційної взаємодії. Однак рівняння Ейнштейна складно і важко вирішити навіть чисельно. Крім того, чорні діри створюють власні проблеми. Усередині кожної чорної діри ховається те, що відоме як особливість простору-часу. Будь-який об'єкт, що наблизиться занадто близько, буде витягнутий до центру чорної діри, не маючи шансів знову втекти, і він зазнає величезних гравітаційних сил, які розірвуть його.
"Коли ми моделюємо ці екстремальні умови на комп’ютері, ми виявляємо, що чорні діри хочуть пожирити і розірвати числову сітку точок, які ми використовуємо для наближення чорних дір", - говорить Брейгманн. "Єдину чорну діру вже складно моделювати, але дві чорні діри на останніх стадіях їхнього вдиху набагато складніше через сильно нелінійну динаміку теорії Ейнштейна". Комп'ютерне моделювання бінарних файлів чорної діри, як правило, стає нестабільним і руйнується через обмежений час, який раніше був значно коротшим, ніж час, необхідний для однієї орбіти.
"Розроблена нами методика ґрунтується на сітці, яка рухається разом із чорними дірами, мінімізуючи їх рух та спотворення, і купуючи нам достатньо часу для того, щоб виконати одну спіральну орбіту навколо один одного до того, як комп'ютерне моделювання вийде з ладу", - говорить Брейгманн. Він пропонує аналогію, щоб проілюструвати стратегію «спільної рухливої сітки»: «Якщо ти стоїш поза каруселем і хочеш спостерігати за однією людиною, ти повинен продовжувати рухати головою, щоб постійно спостерігати за ним, як він кружляє. Але якщо ви стоїте на каруселі, вам потрібно дивитися лише в одному напрямку, тому що ця людина більше не рухається по відношенню до вас, хоча ви обидва ходите по колу ».
Побудова пересувної сітки є важливим нововведенням роботи Bruegmann. Хоча це не нова ідея для фізиків, це завдання зробити так, щоб вона працювала з двома чорними дірами. Дослідники також додали механізм зворотного зв'язку, щоб вносити корективи динамічно у міру розвитку чорних дір. Результатом є розроблена схема, яка фактично працює для двох чорних дір приблизно на одну орбіту спірального руху.
"Хоча моделювання взаємодій чорних дір та гравітаційних хвиль є дуже складним проектом, результат професора Брейгмана дає хороший вигляд того, як ми нарешті зможемо досягти успіху в цій симуляції", - говорить Річард Матцнер, професор Техаського університету в Остіні та головний дослідник Національний науковий фонд колишнього Альянсу «Велика чорна діра» з великими викликами, який заклав велику основу для чисельної відносності у 90-х.
Абхай Аштекар, професор фізики Еберлі та директор Інституту гравітаційної фізики та геометрії, додає: "Нещодавнє моделювання групи професора Брейгмана є важливою орієнтиром, оскільки це відкриває двері для проведення чисельного аналізу різноманітних зіткнень чорної діри, які належать до числа найцікавіші події для гравітаційної хвильової астрономії ».
Це дослідження фінансувалося грантами Національного наукового фонду, включаючи один з прикордонних Центрів фізики гравітаційних хвиль, створених Національним науковим фондом при Державному інституті гравітаційної фізики та геометрії Пенну.
Оригінальне джерело: Новини штату Пенн
