Создана новая компьютерная модель слияния черных дыр

Ученые NASA создали новую, более точную компьютерную модель возникновения гравитационных волн при слиянии черных дыр. Проведенные расчеты помогут исследователям идентифицировать гравитационные волны при анализе данных гравитационных датчиков.

Гравитационные волны, согласно общепринятой теории, – это колебания пространственно-временного континуума, возникающие в момент слияния черных дыр. Волны еще не обнаружены экспериментально, но исследователи смоделировали данный процесс с целью предсказать ожидаемые сигналы. Форма волны, очевидно, будет зависеть от частоты, с которой черные дыры вращаются по спирали при сближении друг с другом, от их относительных масс и собственных моментов вращения.

Моделирование слияния черных дыр оказалось достаточно сложной задачей. Предполагалось, что процесс происходит в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна, то есть вблизи массивных тел пространство и время искривлено, и обычные законы физики перестают действовать.

Моделирование отслеживало процесс слияния двух черных дыр равной массы, совершивших от 1,5 до 4,5 орбитальных оборотов перед слиянием, сообщает New Scientist. Вычисления начинаются с момента «соприкосновения» черных дыр и не учитывают их вращение вокруг собственных осей. Для реальных черных дыр с массами около 500 тыс. масс Солнца, эта заключительная «смертельная спираль», как ожидается, продлится всего лишь час, но на ее моделирование потребовалось нескольких дней работы 2 тыс. процессоров суперкомпьютера НАСА, находящегося в Калифорнии.

Пары черных дыр могут быть описаны приблизительно десятью ключевыми параметрами – включая их массу, момент вращения, направление вращения, и т. д. Если смоделировать все возможные перестановки основных параметров, можно получить модели для каждого сценария.

Гравитационные волны слабо взаимодействуют с веществом, поэтому обнаружить их нелегко. Если форма и прочие параметры волны будут известны заранее, можно будет использовать специальные фильтры для подавления шумов и ложных сигналов.

Массивные черные дыры, вращающиеся относительно медленно перед столкновением, излучают волны низкой частоты. Поскольку для регистрации таких колебаний потребуются датчики очень больших размеров, они могут быть обнаружены только космическими станциями, такими как LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Пространственный датчик будет образован тремя космическими зондами LISA, расположенными на околосолнечной орбите на расстоянии 5 млн. км друг от друга.

#gallery#

Черные дыры малой массы, вращающиеся в 100 тыс. раз быстрее перед слиянием, производят гравитационные волны с более высокой частотой. Эти волны могут быть зарегистрированы наземными обсерваториями, одной из которых является LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). LIGO использует два идентичных L–образных 4-километровых датчика гравитационных волн, расположенных в штате Вашингтон и штате Луизиана, США.