Kuvaluotto: Penn State
Penn Staten tutkijat ovat saavuttaneet uuden virstanpylvään yritettäessä mallintaa kaksi kiertävää mustaa reikää - tapahtuman odotetaan kutevan voimakkaita painovoima-aaltoja. "Olemme löytäneet tavan mallintaa numeerisesti ensimmäistä kertaa yhden kiertoradan kahdesta inspiroivasta mustasta aukosta", sanoo fysiikan apulaisprofessori ja Penn State'in tutkimuksen tekevä Bernd Bruegmann Penn State'in painovoimafysiikan ja geometrian instituutista. Bruegmannin tutkimus on osa maailmanlaajuista yritystä saada ensimmäinen painovoima-aalto liikkuessaan maan päälle.
Näitä simulaatioita kuvaava paperi julkaistaan Physical Review Letters -lehden 28. toukokuuta 2004 julkaisussa. Artikkelin ovat kirjoittaneet Bruegmann ja kaksi hänen tutkijatohtoriaan Penn State -ryhmässään, Nina Jansen ja Wolfgang Tichy.
Mustia reikiä kuvaa Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria, joka antaa erittäin tarkan kuvan gravitaatiovuorovaikutuksesta. Einsteinin yhtälöt ovat kuitenkin monimutkaisia ja tunnetusti vaikeita ratkaista jopa numeerisesti. Lisäksi mustat aukot aiheuttavat omat ongelmansa. Jokaisen mustan aukon sisäpuolella on niin sanottu avaruus-ajan singulaarisuus. Kaikki liian lähelle tulevat esineet vedetään mustan aukon keskelle ilman mahdollisuutta paeta uudestaan, ja se kokee valtavia painovoimavoimia, jotka repivät sen toisistaan.
"Kun mallinnamme näitä ääriolosuhteita tietokoneella, huomaa, että mustat reiät haluavat syödä ja hajottaa toisistaan pisteiden numeerisen ruudukon, jota käytämme lähentämään mustia aukkoja", Bruegmann sanoo. "Yksi musta reikä on jo vaikea mallintaa, mutta kaksi mustaa reikää inspiraationsa viimeisissä vaiheissa on huomattavasti vaikeampaa Einsteinin teorian erittäin epälineaarisen dynamiikan vuoksi." Mustareikäisten binääritietokoneiden simulaatioilla on taipumus mennä epävakaiksi ja kaatua rajoitetun ajan kuluttua, joka aikaisemmin oli huomattavasti lyhyempi kuin yhden kiertoradan vaatima aika.
"Kehittämämme tekniikka perustuu ruudukkoon, joka liikkuu mustien reikien mukana, minimoimalla niiden liike ja vääristymät, ja ostamalla meille riittävästi aikaa, jotta ne voivat suorittaa yhden kierteisen kiertoradan toistensa ympärille ennen kuin tietokone simulointi kaatuu", Bruegmann sanoo. Hän tarjoaa analogian havainnollistaakseen "rinnakkain liikkuvan ristikon" strategiaa: "Jos seisot karusellin ulkopuolella ja haluat seurata yhtä henkilöä, sinun on jatkettava liikuttamalla päätäsi seurataksesi häntä ympäri. Mutta jos seisot karusellissa, sinun on katsottava vain yhteen suuntaan, koska kyseinen henkilö ei enää liikku suhteessa sinuun, vaikka molemmat kulkevat ympyröitä. "
Samanaikaisesti liikkuvan ristikon rakentaminen on tärkeä innovaatio Bruegmannin työssä. Vaikka se ei ole uusi idea fyysikoille, on haaste saada se toimimaan kahdella mustalla aukolla. Tutkijat lisäsivät myös palautemekanismin säätöjen tekemiseksi dynaamisesti mustien reikien kehittyessä. Tuloksena on yksityiskohtainen kaavio, joka todella toimii kahdella mustalla aukolla noin yhdellä kierreliikkeen kiertoradalla.
"Vaikka mustien aukkojen vuorovaikutusten ja gravitaatioaaltojen mallintaminen on erittäin vaikea projekti, professori Bruegmannin tulos antaa hyvän kuvan siitä, kuinka me voimme vihdoinkin menestyä tässä simulaatiopyrityksessä", kertoo Austinin Teksasin yliopiston professori ja tutkimuksen päätutkija Richard Matzner. kansallisen tiedesäätiön entinen binaarisen mustan reiän Grand Challenge Alliance, joka loi suuren osan perustaa numeeriseen suhteellisuuteen 90-luvulla.
Abbey Ashtekar, Eberly-fysiikan professori ja painovoimafysiikan ja geometrian instituutin johtaja, lisää: ”Professori Bruegmannin ryhmän äskettäinen simulointi on virstanpylväs, koska se avaa oven numeerisen analyysin suorittamiseen monien mustien aukkojen törmäyksissä. mielenkiintoisimmat tapahtumat gravitaatioaallon tähtitiedelle. ”
Tämä tutkimus rahoitettiin kansallisen tiedesäätiön myöntämillä avustuksilla, mukaan lukien yksi kansallisen tiedesäätiön perustamalle gravitaatioaaltofysiikan rajakeskukselle Pennin osavaltion painovoimafysiikan ja geometrian instituuttiin.
Alkuperäinen lähde: Penn State News Release
