Кредитна слика: Пенн Стате
Научници из државе Пенн постигли су нову прекретницу у настојању да моделирају две црне рупе у орбити, догађај за који се очекује да ће родити снажне гравитационе таласе. „Открили смо начин да бројчано моделирамо, по први пут, једну орбиту две надахнуте црне рупе“, каже Бернд Бруегманн, ванредни професор физике и истраживач Института за гравитациону физику и геометрију државе Пенн. Бруегманново истраживање део је светског напора да се ухвати први гравитациони талас у току прелетавања над Земљом.
Рад који описује ове симулације биће објављен у броју за физички преглед часописа Пхисицал Ревиев Леттерс за 28. мај 2004. године. Аутор је Бруегманн и два постдокторска учењака из његове групе у држави Пенн Стате, Нина Јансен и Волфганг Тицхи.
Црне рупе описане су Еинстеиновом теоријом опште релативности која даје врло тачан опис гравитационе интеракције. Међутим, Еинстеинове једнаџбе су компликоване и ноторно је тешко решити чак и бројчано. Штавише, црне рупе представљају своје велике проблеме. Унутар сваке црне рупе крије се оно што је познато као просторно-временска сингуларност. Сваки предмет који се приближи преблизу биће извучен у средиште црне рупе без икакве шансе да поново побегне и искусиће огромне гравитационе силе које га раздвоје.
„Када моделирамо ове екстремне услове на рачунару, установимо да црне рупе желе прождријети и растргати бројчану мрежу тачака које користимо за приближавање црних рупа“, каже Бруегманн. "Једну црну рупу је већ тешко моделирати, али две црне рупе у последњим фазама њихове инспирације знатно су теже због изразито нелинеарне динамике Еинстеинове теорије." Рачунарске симулације бинарних црних рупа обично нестабилно пропадају након ограниченог времена, које је некада било знатно краће од времена потребног за једну орбиту.
„Техника коју смо развили темељи се на мрежи која се креће заједно са црним рупама, минимизирајући њихово кретање и изобличење и купује нам довољно времена да завршимо једну спиралну орбиту око себе пре него што се компјутерска симулација сруши“, каже Бруегманн. Он нуди аналогију која илуструје стратегију „мреже која се креће“: „Ако стојите испред вртиља и желите да гледате једну особу, морате стално да померате главу да бисте је непрестано гледали док кружи. Али ако стојите на вртићу, морате гледати само у једном правцу, јер се та особа више не креће у односу на вас, иако се обоје крећете у круговима. "
Изградња мреже која се креће важно је иновација Бруегманновог рада. Иако то није нова идеја за физичаре, изазов је да се потпомогне са две црне рупе. Истраживачи су такође додали механизам за повратне информације како би прилагодили динамично како се црне рупе развијају. Резултат је сложена шема која у ствари дјелује за две црне рупе за око једне орбите спиралног покрета.
„Иако је моделирање интеракција црних рупа и гравитационих таласа веома тежак пројекат, резултат професора Бруегманна даје добар преглед како можда коначно успемо у овом науму за симулацију“, каже Рицхард Матзнер, професор са Универзитета у Тексасу у Аустину и главни истраживач Национални савез за науку, некадашњи Бинари Блацк Холе Гранд Цхалленге Аллианце, који је у 90-има поставио велики део нумеричке релативности.
Абхаи Асхтекар, професор физике Еберли и директор Института за гравитациону физику и геометрију, додаје: „Недавна симулација групе професора Бруегманна је оријентир јер отвара врата за нумеричку анализу разних судара у црној рупи који су међу најзанимљивији догађаји за астрономију гравитационог таласа. “
Ово истраживање је финансирано бесповратним средствима Националне научне фондације, укључујући један од Граничног центра за физику гравитационих таласа који је основала Национална фондација за науку при Државном институту за гравитациону физику и геометрију Пенна.
Изворни извор: Пенн Стате Невс Релеасе
