|
Выявили характерный след столкновений черных дыр
|
|
|
|
Когда черные дыры сталкиваются, воздействие распространяется в космос подобно звуку колокола в виде гравитационных волн. Но вслед за волнами возникает вторая реверберация — шум, который физики предполагали, но никогда не наблюдали. Международная коллаборация впервые детально смоделировала, как могут "звучать" эти шумы, называемые хвостами гравитационных волн позднего времени.
|
|
|
|
"До сих пор мы видели хвосты только в упрощенных моделях, а не в полном моделировании численной теории относительности", - сказал Лео Стайн, доцент кафедры физики и астрономии Университета Миссисипи и соавтор исследования. "Это первое полностью численное моделирование, в котором мы четко увидели хвосты".
|
|
|
|
Стайн и Марина Де Амицис, аспирант и научный сотрудник Института теоретической физики Периметра, были в числе группы из 20 исследователей, опубликовавших свои результаты в журнале Physical Review Letters.
|
|
|
|
Когда гравитационные волны движутся, они слегка растягивают пространство-время. Хвост, который ищут исследователи, - это самый медленный "звук" пространства-времени, который успокаивается после прохождения волны.
|
|
|
|
"Хвост интересен тем, что это не просто набор дискретных частот", - сказал Де Амичис. "Это больше похоже на низкий гул. Это набор непрерывных частот, которые очень малы, поскольку пространство-время пытается расслабиться после того, как волна растягивает его.
|
|
|
|
|
|
|
"В то время как первоначальные колебания рассеиваются очень быстро, это затухание происходит очень, очень медленно. Это последний вздох пространства-времени, возвращающегося к равновесию.
|
|
|
|
Гравитационные волны несут в себе данные, которые исследователи используют для лучшего понимания черных дыр и их столкновений. Однако хвосты, обнаруженные в последнее время, содержат информацию не только о черных дырах, но и обо всем окружающем пространстве, через которое прошли волны.
|
|
|
|
"То, что мы пытаемся сделать, - это понять общую теорию относительности и лучше понять вселенную, в которой мы живем", - сказал Де Амичис, ведущий исследователь проекта. "С нашими начальными частотами, которые мы получили сразу после слияния черных дыр, мы можем увидеть в малом масштабе все, что происходит действительно близко к черной дыре.
|
|
|
|
"Что удивительно, так это то, что хвосты дают совершенно дополнительную информацию. Хвосты действительно зависят от большой структуры пространства-времени, поэтому они могут дать нам более полную картину того, что, как мы видим, происходит во Вселенной".
|
|
|
|
Но обнаружить и проверить хвосты оказалось непросто. Поскольку эти частоты низкие и их легко нарушить, они часто могут создавать помехи друг другу.
|
|
|
|
Чтобы зафиксировать хвосты при моделировании, исследователи должны были сделать их как можно более "громкими" при столкновении черных дыр. Это означало взять обычное слияние черных дыр — относительно круговую орбиту — и превратить его в то, что по сути является лобовым столкновением.
|
|
|
|
Получившийся в результате обвал был достаточно "громким", чтобы показать исследователям, как будут выглядеть хвосты, но вероятность лобового столкновения черных дыр маловероятна, сказал Стайн.
|
|
|
|
"Собирается ли природа предоставить нам какие-либо события со сверхвысоким эксцентриситетом? Скорее всего, нет", - сказал физик Ole Miss. "Если мы действительно получим события с очень высоким эксцентриситетом, то это облегчит обнаружение хвостов и наблюдение за данными. Но мы не можем просить природу сделать это. Мы должны использовать то, что у нас есть".
|
|
|
|
Однако, проведя это первоначальное моделирование, исследователи могут приблизиться к пониманию того, как на самом деле могут выглядеть хвосты в космосе в конце времени.
|
|
|
|
"Теперь у нас есть оборудование для точной настройки этих симуляций", - сказал Де Амичис. "Следующий шаг - добавить немного орбитального движения и посмотреть, как хвосты ведут себя в более реалистичных условиях".
|
|
|
|
Даже существование временных "хвостов" является еще одним подтверждением общей теории относительности Эйнштейна.
|
|
|
|
"Перейдя от специальной теории относительности к общей, мы, наконец, смогли описать гравитацию релятивистским способом", - сказал Стайн. "А в общей теории относительности пространство-время может быть искривлено. В плоском пространстве-времени не бывает хвостов".
|
|
|
|
Гравитационные волны были впервые предсказаны в общей теории относительности Альберта Эйнштейна в 1915 году и впервые обнаружены в 2015 году. Используя детекторы в сотрудничестве с LISA или LIGO, исследователи полагаются на моделирование гравитационных волн, чтобы знать, на что обращать внимание в своих данных.
|
|
|
|
Последнее моделирование, проведенное в сотрудничестве, означает, что исследователи впервые знают, на что обращать внимание при поиске свидетельств существования хвостов в более поздние сроки.
|
|
|
|
Источник
|
