Kujutise krediit: Penni osariik
Penn State'i teadlased on jõudnud uue verstapostini kahe orbiidil liikuva musta augu modelleerimisel - sündmus peaks eeldama tugevaid gravitatsioonilaineid. “Oleme avastanud viisi, kuidas modelleerida numbriliselt esimest orbiiti kahest inspireerivast mustast august,” ütleb Bernd Bruegmann, füüsika dotsent ja Penn State'i Gravitatsioonifüüsika ja Geomeetria Instituudi teadur. Bruegmanni teadusuuringud on osa ülemaailmsest ettevõtmisest püüda saavutada Maa peal veeremise ajal esimene gravitatsioonilaine.
Neid simulatsioone kirjeldav paber avaldatakse ajakirja Physical Review Letters 28. mai 2004. aasta numbris. Töö autorid on Bruegmann ja kaks Penn State'i grupi järeldoktoranti Nina Jansen ja Wolfgang Tichy.
Mustaid auke kirjeldab Einsteini üldrelatiivsusteooria, mis kirjeldab gravitatsioonilise interaktsiooni väga täpset kirjeldust. Einsteini võrrandid on aga keerulised ja isegi arvuliselt raskesti lahendatavad. Lisaks tekitavad mustad augud iseenda probleeme. Iga musta augu sees varitseb seda, mida tuntakse ruumi-aja eripärana. Kõik liiga lähedale jõudvad esemed tõmmatakse musta augu keskele, ilma et oleks võimalust uuesti põgeneda, ja see kogeb tohutuid gravitatsioonijõude, mis selle laiali rebivad.
"Kui arvutame arvutis neid ekstreemseid tingimusi, leiame, et mustad augud tahavad ära sööta ja lahti rebida punktide numbrilise ruudustiku, mida kasutame mustade aukude lähendamiseks," räägib Bruegmann. "Ühte musta auku on juba keeruline modelleerida, kuid kaks musta auku nende inspiratsiooni lõppjärgus on Einsteini teooria väga mittelineaarse dünaamika tõttu märkimisväärselt raskem." Musta auguga binaarsüsteemide arvutisimulatsioonid kipuvad pärast piiratud aega, mis varem oli ühe orbiidi jaoks vajalikust ajast oluliselt lühem, ebastabiilseks ja kukkuma.
“Meie välja töötatud tehnika põhineb ruudustikul, mis liigub koos mustade aukudega, minimeerides nende liikumist ja moonutusi ning ostes meile piisavalt aega, et nad saaksid enne arvutisimulatsiooni kokku kukkumist ühe spiraalse orbiidi üksteise ümber teha,” räägib Bruegmann. Ta pakub analoogiat „koos liikuva võrgu” strateegia illustreerimiseks: „Kui seisate väljaspool karusellit ja soovite vaadata ühte inimest, peate oma pead pidevalt liigutama, et teda pidevalt ringi vaadata. Kuid kui seisate karussellil, peate vaatama ainult ühes suunas, sest see inimene ei liigu enam teie suhtes, ehkki te mõlemad liigute ringides. ”
Üheskoos liikuva võrgu ehitamine on Bruegmanni töö oluline uuendus. Ehkki see pole füüsikute jaoks uus idee, on väljakutse panna see tööle kahe musta auguga. Teadlased lisasid ka tagasisidemehhanismi, et teha muudatusi dünaamiliselt, kui mustad augud arenevad. Tulemuseks on keeruline skeem, mis töötab kahel mustal augul umbes ühe spiraalse liikumise orbiidi korral.
"Kuigi musta augu interaktsioonide ja gravitatsiooniliste lainete modelleerimine on väga keeruline projekt, annab professor Bruegmanni tulemus hea ülevaate sellest, kuidas meil see simulatsioonipüüdlus lõpuks õnnestub," ütleb Austini Texase ülikooli professor ja Austraalia juhtivteadur Richard Matzner. Rahvusliku Teadusfondi endine binaarse musta augu aukude väljakutsete liit, mis lõi 90-ndatel aastatel arvulise relatiivsuse suure aluse.
Eberly füüsikaprofessor ning gravitatsioonifüüsika ja geomeetria instituudi direktor Abhay Ashtekar lisab: „Professor Bruegmanni rühma hiljutine simulatsioon on maamärk, sest see avab ukse arvuliste analüüside tegemiseks mitmesuguste musta auku põrkumiste kohta. kõige huvitavamad sündmused gravitatsioonilaine astronoomia jaoks. ”
Seda uurimistööd finantseeriti Riikliku Teadusfondi toetustest, sealhulgas ühelt gravitatsioonilise lainefüüsika piirikeskusele, mille asutas Riiklik teadusfond Penni osariigi gravitatsioonifüüsika ja geomeetria instituudis.
Algne allikas: Penn State'i pressiteade
