Астрофизики впервые смоделировали гравитационные волны, возникающие при слиянии черных дыр, с помощью нелинейных уравнений. Раньше ученые использовали только линейные уравнения. Результаты работы помогут лучше понять, что происходит внутри черных дыр. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Когда две черные дыры сливаются, они начинают искажать вокруг себя пространство и время, излучая во все стороны гравитационные волны. Так предсказал еще Эйнштейн в общей теории относительности. Только в 2015 году ученые впервые смогли зафиксировать гравитационные волны. С тех пор с их помощью астрофизикам удалось найти почти 100 сливающихся черных дыр.
«Если я дам вам коробку и спрошу, что в ней, для вас естественно будет встряхнуть ее. Это скажет, находятся ли внутри коробки конфеты или монеты. Именно это мы и пытаемся сделать с помощью этих моделей — получить представление о внутреннем содержимом черной дыры, слушая звук, издаваемый при ее встряске [то есть слияниях — примечание InScience.News]», — рассказал Лам Хуэй из Колумбийского университета в Нью-Йорке.
Традиционные модели гравитационных волн, испускаемых сливающимися черными дырами, включают только линейные взаимодействия, которые не учитывают влияние волн друг на друга. Их можно сравнить с волнами в океане: например, спокойно поднимающаяся и опускающаяся волна может быть описана линейным уравнением, так как процесс предсказуемый, однотипный и ровный. Однако если эта волна бьется о скалы, то капли летят во все стороны, в том числе и влияя друг на друга. Нелинейные уравнения как раз позволят просчитать, куда летят «капли» от сливающихся черных дыр. Теперь астрофизики впервые нашли способ моделировать поведение гравитационных волн с помощью нелинейных уравнений.
«Представьте, что на батуте сидят два человека. Если они мягко прыгают, они не должны так сильно влиять на другого человека. Вот что происходит, когда мы говорим, что теория линейна. Но если один человек начнет прыгать с большей энергией, то батут исказится и другой человек начнет ощущать их влияние. Вот что мы подразумеваем под нелинейностью: два человека на батуте испытывают новые колебания из-за присутствия и влияния другого человека», — объяснил Киф Митман из Калифорнийского технологического института.
По словам ученых, новый подход позволит повысить общую точность моделей черных дыр примерно на 10%. Таким образом, астрофизики смогут лучше понять, что происходит внутри черных дыр. «Это большой шаг в подготовке нас к следующему этапу обнаружения гравитационных волн, который углубит наше понимание гравитации и этих невероятных явлений, происходящих в дальних уголках космоса», — прокомментировала Макарена Лагос из Колумбийского университета в Нью-Йорке.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
