Två oberoende team har visat att gravitationsvågor som härrör från de förvrängda resterna av sammanslagningar av svarta hål bör interagera med sig själva. Genom att inkludera dessa olinjära effekter i sina modeller, ett team, ledd av Keefe Mitman vid Caltech fann de att de kunde replikera gravitationsvågsignaler från simulerade "ringande" svarta hål upp till 100 gånger mer exakt än tidigare tillvägagångssätt. Det andra laget kom till en liknande slutsats och leddes av Mark Ho-Yeuk Cheung vid Johns Hopkins University
Efter den våldsamma och energiska sammansmältningen av två svarta hål måste det förvrängda svarta hålet som skapas snabbt sätta sig i ett tillstånd av jämvikt. För att nå detta stabila tillstånd frigör föremålet kolossala mängder energi i form av gravitationsvågor (GW), i en process som kallas svart håls ringdown.
Under 1973 har ett team ledd av Saul Teukolsky var den första att modellera GW från ringdown – mer än 40 år innan de första GW från sammanslagning av svarta hål upptäcktes av LIGO-observatoriet. Ändå övervägde Teukolsky och kollegor vid den tiden bara små snedvridningar i kvarvarande svarta hål, något som vi nu vet inte är en bra beskrivning av vad som händer efter en sammanslagning.
Stora snedvridningar
"Eftersom sammanslagningar av svarta hål är så våldsamma, är snedvridningarna av det slutliga svarta hålet ofta stora," förklarar Mitman. "Detta betyder att vi bör förvänta oss ickelinjära effekter [som] effekter från GW som interagerar med sig själv när den fortplantar sig genom rymdtiden nära det svarta hålet och genererar nya vågor."
Trots detta har astrofysiker hittills hållit fast vid idén att olinjära effekter måste vara för små för att dyka upp i observerbara GW-signaler. Som ett resultat har de fortfarande bara beaktat de linjära effekterna som beräknats av Teukolskys team.
I en ny studie använde Mitman, Teukolsky och kollegor en mer avancerad metod för att modellera svarta håls ringdowns. Efter förslag från teammedlem Macarena Lagos vid Columbia University utvecklade teamet ett nytt sätt att överväga hur en modell skulle kunna beskriva självinteraktionen mellan de GW som släpps ut efter sammanslagningar av svarta hål.
Lagos förklarar, "Vi har förbättrat GW-modellen genom att inkludera olinjära tyngdkraftsinteraktioner. Vi övervägde olika numeriska simuleringar av sammanslagningar av svarta hål, innehållande både linjära och olinjära interaktioner. Vi kvantifierade sedan hur väl vår olinjära modell reproducerade simuleringarna."
Mer exakt modell
Precis som de förutspådde gjorde teamets nya tillvägagångssätt dem att replikera realistiska GW-signaler mycket närmare än tidigare. "Genom att inkludera denna olinjära term, snarare än de mer välbekanta linjära termer som Teukolsky hjälpte till att upptäcka, kan vi mycket mer exakt modellera de GW som skapats i våra numeriska simuleringar," fortsätter Mitman. "Detta betyder att när svarta hål ringer ner till ett stabilt tillstånd, är den ringningen en olinjär process."
Genom att analysera olika simuleringar av sammanslagningar av svarta hål fann forskarna att olinjära effekter kan stå för upp till 10% av GW-signalerna - vilket gör dem mycket mer inflytelserika än tidigare studier hade antagit. Sammantaget innebar detta att teamet kunde modellera svarta håls ringdowns cirka 100 gånger mer exakta än rent linjära tillvägagångssätt.
Försiktighet krävs när man testar Einsteins allmänna relativitetsteori med gravitationsvågor
Teamet ledd av Cheung kom till liknande slutsatser och tillsammans kan resultaten få viktiga konsekvenser för astronomers förmåga att undersöka de inre strukturerna i svarta hål från GW-signalerna de sänder ut under ringdowns. "För att extrahera fysisk information från GW-signaler behöver vi mycket noggranna analytiska modeller som kopplar egenskaperna hos de svarta hålen till funktioner i den detekterade signalen," förklarar Lagos. "Våra resultat betyder att de olinjära effekterna faktiskt är viktiga och kommer att vara nödvändiga att inkludera i framtida GW-detektioner."
Med en bättre förståelse för att ringdown är olinjär till sin natur, hoppas teamet att deras upptäckter snart kan hjälpa astronomer att bättre förklara svarta håls gåtfulla beteenden.
Kanske viktigast av allt, de skulle också kunna göra det möjligt för forskare att testa Albert Einsteins allmänna relativitetsteori – som styr svarta håls dynamik – i de mest extrema miljöer som astrofysiken känner till. Med den precision som teamets modeller erbjuder kan dessa tester äntligen visa sig vara tillräckligt stränga för att driva Einsteins teori till dess gränser – vilket kan tillåta ny och spännande fysik att dyka upp. Astrofysiker kommer dock att behöva vänta tills nästa generation av GW-observatorier kommer online eftersom de nuvarande LIGO–Jungfru-anläggningarna inte förväntas kunna upptäcka icke-linjära effekter.
Forskningen beskrivs i Fysik granskningsbrev.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Källa: https://physicsworld.com/a/gravitational-waves-from-merging-black-holes-go-nonlinear/
- :är
- $UPP
- 100
- a
- förmåga
- Able
- Om oss
- Konto
- exakt
- exakt
- faktiskt
- avancerat
- Efter
- mängder
- Analyserar
- Analytisk
- och
- tillvägagångssätt
- tillvägagångssätt
- ÄR
- AS
- antas
- At
- BE
- därför att
- innan
- beteenden
- Bättre
- Svart
- Black Hole
- svarta hål
- by
- beräknat
- kallas
- KAN
- nära
- kollegor
- COLUMBIA
- komma
- slutsats
- Kontakta
- Tänk
- anses
- fortsätter
- kunde
- skapas
- Aktuella
- beskriva
- beskriven
- beskrivning
- detekterad
- utvecklade
- Upptäck
- under
- Dynamiken
- effekter
- möjliggöra
- energi
- tillräckligt
- miljöer
- Jämvikt
- spännande
- förvänta
- förväntat
- Förklara
- Förklarar
- extrahera
- extrem
- Funktioner
- slutlig
- Slutligen
- Förnamn
- efter
- För
- formen
- hittade
- från
- framtida
- Allmänt
- Allmän relativitetsteori
- generera
- generering
- Go
- god
- reglerar
- gravitations
- Gravitationsvågor
- tyngdkraften
- händer
- Har
- Held
- hjälpa
- hjälpte
- Hål
- Hål
- hoppas
- Hur ser din drömresa ut
- Men
- http
- HTTPS
- Tanken
- bild
- implikationer
- med Esport
- förbättras
- in
- innefattar
- Inklusive
- oberoende
- Inflytelserik
- informationen
- interagera
- interagera
- interaktioner
- interiör
- fråga
- IT
- DESS
- sig
- jpg
- Vet
- känd
- Lagos
- Large
- Led
- gränser
- Framställning
- max-bredd
- betyder
- medlem
- Sammanfoga
- Fusion
- sammanslagning
- modell
- modellering
- modeller
- mer
- mest
- Nasa
- Natur
- Nära
- nödvändigt för
- Behöver
- Nya
- Nästa
- objektet
- observatorium
- of
- erbjuds
- ONE
- nätet
- Övriga
- fysisk
- Fysik
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- exakt
- exakt
- Precision
- förutsagda
- föregående
- sond
- process
- egenskaper
- Bevisa
- rent
- Tryck
- snabbt
- snarare
- nå
- realistisk
- meddelanden
- forskning
- forskare
- resultera
- Resultat
- översyn
- bosätta sig
- skall
- show
- visas
- Signal
- signaler
- liknande
- simulering
- Small
- So
- än så länge
- några
- något
- Ange
- stadig
- Fortfarande
- studier
- Läsa på
- sådana
- grupp
- lag
- villkor
- testa
- Testning
- tester
- den där
- Smakämnen
- deras
- Dem
- sig själva
- Dessa
- Genom
- miniatyr
- tid
- gånger
- till
- tillsammans
- alltför
- sann
- förståelse
- universitet
- olika
- vänta
- Våg
- vågor
- Sätt..
- VÄL
- Vad
- som
- kommer
- med
- år
- zephyrnet