|
Природа слияний черных дыр
|
|
|
|
Гравитационные волны - это волны-переносчики энергии, возникающие при ускорении или возмущении массивных объектов. Известно, что эти волны, которые впервые были непосредственно обнаружены в 2015 году, возникают во время различных космологических явлений, включая слияния двух черных дыр, вращающихся вокруг друг друга (то есть двойных черных дыр).
|
|
|
|
Изучение гравитационных волн может дать ценную информацию о гравитации, фундаментальной силе, описываемой общей теорией относительности Эйнштейна. Общая теория относительности рассматривает гравитацию как искривление пространства-времени, обусловленное массой и энергией.
|
|
|
|
Предыдущие исследования показали, что когда гравитационные эффекты особенно выражены (например, в режимах сильного поля, например, связанных со слиянием двойных черных дыр), гравитация становится нелинейной. Пролив большего света на эту нелинейную динамику может помочь проверить и усовершенствовать существующие теории гравитации.
|
|
|
|
Исследователи из Калифорнийского технологического института провели новое моделирование, описывающее гравитацию с использованием уравнений Максвелла, которые обычно используются для изучения электромагнетизма, вместо обычных уравнений общей теории относительности.
|
|
|
|
Их статья, опубликованная в Physical Review Letters, представляет новый многообещающий подход к изучению гравитационной динамики слияний двойных черных дыр и других пространственно-временных столкновений.
|
|
|
|
|
|
|
"Наше исследование было вдохновлено двумя вещами", - сказал Элиас Р. Мост, старший автор статьи. Phys.org.
|
|
|
|
"В контексте прогнозирования радиопереходов, приводящих к слиянию компактных объектов, таких как нейтронные звезды и черные дыры, мы провели обширную работу по изучению обычных электрических и магнитных полей вокруг черных дыр, смоделировали их динамику и получили очень хорошее представление о том, как они ведут себя.
|
|
|
|
"В то же время гравитация всегда была чем-то загадочным, по крайней мере, в ее обычной форме, и не поддавалась простой визуализации, что особенно характерно для магнитных полей".
|
|
|
|
Недавняя работа Моста и его коллег основана на идее о том, что гравитацию также можно выразить способами, сходными с тем, как физическая теория описывает электрические и магнитные поля.
|
|
|
|
Таким образом, исследователи решили использовать уравнения, описывающие электромагнетизм, так называемые уравнения Максвелла, для понимания гравитационной динамики в режимах сильного поля. Они надеялись достичь того же уровня понимания, которого они достигли в ходе более ранних исследований, посвященных радиоизлучению.
|
|
|
|
"Проведенное нами моделирование основано на общепринятой методологии визуализации уравнений общей теории относительности Эйнштейна на компьютере", - пояснил Мост.
|
|
|
|
"Эти модели по своей сути сложны и разрабатывались сообществом в течение последних 50 лет. Основным новшеством, которое мы привнесли в нашу работу, стала возможность полностью переосмыслить результаты моделирования способами, аналогичными электродинамическим. То есть мы используем выражения, которые мы вывели и переосмыслили в ходе моделирования."
|
|
|
|
Используя предложенную ими методологию, исследователи смогли рассчитать электрическое и магнитное поля, связанные с гравитацией, на основе существующих данных моделирования. Интересно, что их моделирование показало, что общая теория относительности на самом деле может быть изучена с использованием уравнений, описывающих электромагнетизм.
|
|
|
|
"Наша работа уже научила нас, как по-новому интерпретировать траектории частиц и искривленное пространство", - сказал Мост. "Это также очень помогло прояснить возникновение нелинейности (там, где доминирует сильная гравитация)".
|
|
|
|
В будущем недавнее исследование Моста и его коллег может открыть новые возможности для исследований, направленных на проверку конкретных аспектов общей теории относительности или нелинейной гравитационной динамики. В своих следующих исследованиях исследователи планируют использовать результаты моделирования для изучения аспектов гравитационных волн, связанных с турбулентностью.
|
|
|
|
"По сути, гравитационные волны не похожи на обычные лучи света", - объяснил Мост.
|
|
|
|
"Когда они проходят друг сквозь друга, они могут (при определенных условиях) взаимодействовать. Это взаимодействие может напоминать турбулентность в атмосфере, но его трудно описать математически. С другой стороны, для некоторых режимов электродинамики это хорошо известное и изученное явление.
|
|
|
|
"Используя наш подход, описанный выше, мы смогли показать, что те же математические формулы, лежащие в основе турбулентности с обычными магнитными полями, применимы и к гравитационным волнам, что является весьма нетривиальным открытием. В ближайшие месяцы мы планируем продолжить изучение нелинейности гравитационных волн".
|
|
|
|
Источник
|
