|
Появились новые данные о рассеянии черных дыр
|
|
|
|
Исследование, опубликованное в журнале Nature, установило новый ориентир в моделировании самых экстремальных событий во Вселенной: столкновений черных дыр и нейтронных звезд. Это исследование, проведенное под руководством профессора Яна Плефки из Берлинского университета Гумбольдта и доктора Густава Могулла из Лондонского университета Королевы Марии, ранее работавшего в Университете Гумбольдта и Институте гравитационной физики Макса Планка (Институт Альберта Эйнштейна), в сотрудничестве с международной командой физиков, обеспечивает беспрецедентную точность расчетов, имеющих решающее значение для понимания гравитационные волны.
|
|
|
|
Используя передовые методы, вдохновленные квантовой теорией поля, команда вычислила пятый постминковский порядок (5 часов вечера) для таких наблюдаемых величин, как углы рассеяния, излучаемая энергия и отдача. Новаторским аспектом работы является появление трехкратных периодов Калаби-Яу - геометрических структур, основанных на теории струн и алгебраической геометрии, — в энергии излучения и отдаче. Эти структуры, которые когда-то считались чисто математическими, теперь находят применение при описании реальных астрофизических явлений.
|
|
|
|
Учитывая, что гравитационно-волновые обсерватории, такие как LIGO, выходят на новый уровень чувствительности, а детекторы нового поколения, такие как LISA, уже на подходе, это исследование отвечает растущему спросу на теоретические модели исключительной точности.
|
|
|
|
|
|
|
Доктор Могулл объясняет: "В то время как физический процесс взаимодействия и рассеяния двух черных дыр под действием силы тяжести, который мы изучаем, концептуально прост, уровень математической и вычислительной точности, требуемый от нас, огромен".
|
|
|
|
Бенджамин Зауэр, кандидат философии Берлинского университета имени Гумбольдта, добавляет: "Появление геометрий Калаби-Яу углубляет наше понимание взаимодействия между математикой и физикой. Эти идеи сформируют будущее гравитационно-волновой астрономии, улучшив шаблоны, которые мы используем для интерпретации данных наблюдений".
|
|
|
|
Такая точность особенно важна для получения сигналов от систем с эллиптической привязкой, орбиты которых больше напоминают высокоскоростные явления рассеяния - область, в которой традиционные предположения о медленно движущихся черных дырах больше неприменимы.
|
|
|
|
Гравитационные волны, рябь в пространстве-времени, вызванная ускорением массивных объектов, произвели революцию в астрофизике с момента их первого обнаружения в 2015 году. Возможность точно моделировать эти волны расширяет наше понимание космических явлений, включая "толчок" или отдачу черных дыр после рассеяния — процесс, имеющий далеко идущие последствия для формирования и эволюции галактик.
|
|
|
|
Возможно, самым захватывающим является то, что открытие структур Калаби-Яу в этом контексте связывает макроскопическую область астрофизики со сложной математикой квантовой механики.
|
|
|
|
"Это может коренным образом изменить подход физиков к этим функциям", - говорит член команды доктор Ухре Якобсен из Института гравитационной физики имени Макса Планка и Берлинского университета имени Гумбольдта. "Демонстрируя их физическую значимость, мы можем сосредоточиться на конкретных примерах, которые освещают подлинные процессы в природе".
|
|
|
|
В рамках проекта было использовано более 300 000 часов высокопроизводительных вычислений в Берлинском институте Цузе для решения уравнений, управляющих взаимодействиями черных дыр, что демонстрирует незаменимую роль вычислительной физики в современной науке.
|
|
|
|
"Быстрая доступность этих вычислительных ресурсов была ключом к успеху проекта", - добавляет кандидат технических наук Матиас Дриссе, который руководил вычислительной работой.
|
|
|
|
Профессор Плефка говорит: "Этот прорыв показывает, как междисциплинарные усилия могут преодолеть проблемы, которые когда-то считались непреодолимыми. От математической теории до практических вычислений - это исследование демонстрирует синергию, необходимую для расширения границ человеческих знаний".
|
|
|
|
Этот прорыв не только развивает область физики гравитационных волн, но и устраняет разрыв между абстрактной математикой и наблюдаемой Вселенной, прокладывая путь для будущих открытий. Сотрудничество намерено и дальше расширять свои усилия, исследуя вычисления более высокого порядка и используя новые результаты в будущих моделях гравитационных волн. Помимо теоретической физики, вычислительные инструменты, используемые в этом исследовании, такие как KIRA, также находят применение в таких областях, как физика коллайдеров.
|
|
|
|
Источник
|
