Tín dụng hình ảnh: bang Pennsylvania
Các nhà khoa học tại bang Pennsylvania đã đạt được một cột mốc mới trong nỗ lực mô hình hai lỗ đen quay quanh, một sự kiện dự kiến sẽ sinh ra sóng hấp dẫn mạnh. Bernd Bruegmann, Phó giáo sư Vật lý và là nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý và Hình học hấp dẫn của bang Pennsylvania cho biết, lần đầu tiên, chúng tôi đã phát hiện ra một cách để mô hình hóa số lượng. Nghiên cứu của Bruegmann, là một phần trong nỗ lực trên toàn thế giới để bắt được sóng trọng lực đầu tiên trong hành động lăn qua Trái đất.
Một bài viết mô tả các mô phỏng này sẽ được xuất bản trong số ra ngày 28 tháng 5 năm 2004 của tạp chí Vật lý Đánh giá. Bài viết được viết bởi Bruegmann và hai học giả sau tiến sĩ trong nhóm của ông tại bang Pennsylvania, Nina Jansen và Wolfgang Tichy.
Các lỗ đen được mô tả bởi thuyết tương đối rộng Einstein Einstein, đưa ra mô tả chính xác cao về tương tác hấp dẫn. Tuy nhiên, các phương trình Einstein, rất phức tạp và khó giải quyết ngay cả bằng số. Hơn nữa, các lỗ đen đặt ra vấn đề rất riêng của họ. Bên trong mỗi lỗ đen ẩn giấu những gì được gọi là điểm kỳ dị không gian. Bất kỳ vật thể nào đến quá gần sẽ bị kéo vào trung tâm của lỗ đen mà không có cơ hội trốn thoát lần nữa, và nó sẽ trải nghiệm lực hấp dẫn khổng lồ xé toạc nó ra.
Khi chúng ta mô hình hóa các điều kiện khắc nghiệt này trên máy tính, chúng ta thấy rằng các lỗ đen muốn nuốt chửng và xé toạc các lưới số điểm mà chúng ta sử dụng để ước tính các lỗ đen, chanh Bruegmann nói. Một lỗ đen đơn lẻ đã khó mô hình hóa, nhưng hai lỗ đen trong giai đoạn cuối của người truyền cảm hứng của họ khó khăn hơn rất nhiều vì động lực học phi tuyến tính cao của lý thuyết Einstein. Mô phỏng máy tính của các nhị phân lỗ đen có xu hướng không ổn định và sụp đổ sau một thời gian hữu hạn, thường ngắn hơn đáng kể so với thời gian cần thiết cho một quỹ đạo.
Kỹ thuật chúng tôi đã phát triển dựa trên lưới di chuyển cùng với các lỗ đen, giảm thiểu chuyển động và biến dạng của chúng và mua cho chúng tôi đủ thời gian để chúng hoàn thành một quỹ đạo xoắn ốc xung quanh nhau trước khi máy tính mô phỏng gặp sự cố, ông Bruegmann nói. Anh ta đưa ra một sự tương tự để minh họa cho chiến lược lưới đồng chuyển động của người Hồi giáo: Tiết Nếu bạn đang đứng bên ngoài một băng chuyền và bạn muốn xem một người, bạn phải tiếp tục di chuyển đầu để theo dõi anh ta khi anh ta đi vòng tròn. Nhưng nếu bạn đang đứng trên băng chuyền, bạn chỉ phải nhìn theo một hướng vì người đó không còn di chuyển trong mối quan hệ với bạn, mặc dù cả hai bạn đều đi vòng tròn.
Việc xây dựng một lưới đồng di chuyển là một sự đổi mới quan trọng của công việc Bruegmann. Mặc dù không phải là một ý tưởng mới đối với các nhà vật lý, nhưng nó là một thách thức để làm cho nó hoạt động với hai lỗ đen. Các nhà nghiên cứu cũng thêm một cơ chế phản hồi để điều chỉnh linh hoạt khi các lỗ đen phát triển. Kết quả là một sơ đồ phức tạp thực sự hoạt động cho hai lỗ đen trong khoảng một quỹ đạo của chuyển động xoắn ốc.
Trong khi mô hình hóa các tương tác lỗ đen và sóng hấp dẫn là một dự án rất khó khăn, kết quả của Giáo sư Bruegmann đưa ra một cái nhìn tốt về cách cuối cùng chúng ta có thể thành công trong nỗ lực mô phỏng này, ông Richard Matzner, Giáo sư tại Đại học Texas ở Austin và là nhà điều tra chính của Liên minh thách thức lớn Binary Black Hole trước đây của Quỹ Khoa học Quốc gia đã đặt nhiều nền tảng cho thuyết tương đối số trong thập niên 90.
Abhay Ashtekar, Giáo sư Vật lý Eberly và Giám đốc Viện Vật lý và Hình học Hấp dẫn, cho biết, mô phỏng gần đây của nhóm Giáo sư Bruegmann là một bước ngoặt vì nó mở ra cơ hội phân tích số lượng các va chạm lỗ đen nằm trong số các va chạm của lỗ đen. những sự kiện thú vị nhất đối với thiên văn học sóng hấp dẫn.
Nghiên cứu này được tài trợ bởi các khoản tài trợ từ Quỹ khoa học quốc gia, bao gồm một cho Trung tâm vật lý sóng hấp dẫn được thành lập bởi Quỹ khoa học quốc gia thuộc Viện vật lý và hình học hấp dẫn của bang Pennsylvania.
Nguồn gốc: Bản tin phát hành của bang Pennsylvania
