Bir sanatçının çarpışıp birleşmek üzere olan iki kara delik izlenimi. Yeni araştırmalar, kozmik olayları modellemek için daha karmaşık bir modelin geliştirilmesine yol açtı; bu, birleşen karadeliklerin yapısının daha derinden anlaşılmasına olanak tanıyacak.
Bir araştırma makalesinde yeni yöntemler kullanılıyor karadeliklerin çarpıştıklarında yaydıkları dalgaları analiz etmek için.
2015 yılında, bilim adamları ilk kez yerçekimi dalgalarını, yani çarpışma ve birleşme gibi büyük kozmik olaylar sırasında meydana gelen uzay-zaman dalgalanmalarını tespit ettiler. iki kara deliğin evreni bozması. Bu dalgaların gözlemlenmesi, Einstein’ın, uzay-zaman inandığı gibi çalıştığı takdirde bu tür dalgaların oluşacağını öngören genel görelilik kuramını doğruladı. Aradan geçen yedi yıl içinde, bu dünya dışı olayların yaydığı yerçekimi dalgaları gözlemlenerek yaklaşık 100 birleşen kara delik tespit edildi.
Şimdi, yeni araştırmalar sayesinde, bu kozmik olayları modelleme yeteneği daha karmaşık hale geldi. 14 araştırmacıdan oluşan ekip, Caltech PhD öğrencisi ve Columbia College mezunu Keefe Mitman (CC’19), Columbia postdoc Macarena Lagos, Columbia Profesörü Lam Hui ve Mississippi Üniversitesi profesörü Leo Stein tarafından yönetildi. Geliştirdikleri gelişmiş model, birleşen kara deliklerin yapısını daha derinden anlamanın yolunu açıyor.
Psikolojik İnceleme Mektupları’nda yayınlanan yeni bir makale olan “Nonlinearities in Black Hole Ringdowns”ta ekip, daha fazlasını özetliyor modellere doğrusal olmayan etkileşimleri dahil ederek yerçekimi dalgalarının yaydığı sinyali modellemenin karmaşık bir yolu. Bu modelleme yöntemi, bilim insanlarının karadeliklerin içinde olup bitenlerin yapısını daha iyi anlamalarına olanak tanıyacak ve ayrıca Einstein’ın genel görelilik teorisinin aşırı astrofiziksel ortamlarda yerçekimi davranışını doğru bir şekilde tanımlayıp açıklamadığını test etmeye yardımcı olacaktır.
Birleşmek üzere olan iki kara deliğin bilgisayar görüntüsü, yukarıdan bakıldığında. Kredi: SXS Mercekleme/Simülasyon eXtreme Spacetimes İşbirliği
“Bu, bizi yerçekimi dalgası algılamanın bir sonraki aşamasına hazırlamak için büyük bir adımdır; yerçekimi anlayışımızı derinleştirecek ve Makalenin ortak yazarlarından Lagos, “bu inanılmaz olaylar evrenin uzak köşelerinde gerçekleşiyor” dedi.
Araştırma uygun bir zamanda geliyor: Bu Mart, LIGO, ilk tespit eden gözlemevi yerçekimi dalgaları, uzayın uzak noktalarında meydana gelen olayların yeni gözlemlerini toplamak için çalıştırılacaktır. Gözlemevi, pandemi nedeniyle kapatıldığı 2020 yılından bu yana faaliyet göstermiyor. Diğer birçok büyük dedektörün önümüzdeki yıllarda veri toplamaya başlaması bekleniyor, bu da gelen bilgileri yorumlamak için gelişmiş modellere sahip olmalarını daha da önemli hale getiriyor.
Ortak yazar Lam Hui, yerçekimsel olarak algılanan bilgileri açıklamak için bir benzetme kullandı. dalgalar şunları sağlayabilir: “Sana bir kutu versem ve içinde ne olduğunu sorsam, yapılacak doğal şey onu sallamak. Bu size kutunun içinde şeker mi yoksa madeni para mı olduğunu söyler. Bu modellerle yapmaya çalıştığımız şey, sallandığında yayılan sesi dinleyerek bir kara deliğin iç içeriği hakkında bir fikir edinmek. Kara delikler söz konusu olduğunda “sallanma”, iki çarpışıp birleştiğinde meydana gelen bozulmadır. “Yaydığı harmonikleri dinleyerek, kara deliğin uzay-zaman yapısını değerlendirebiliriz.”
İki kara deliğin birleşmesinden sonra yayılan yerçekimi dalgalarının modelleri, bugüne kadar yalnızca çalışan doğrusal etkileşimleri içeriyordu. iyi, kara deliklerin yapısı ve içerikleri hakkında değerli bilgiler sağlıyor. Ancak makalenin yazarları, bu yeni modelin kara delik modellerinin genel doğruluğunda %10’a varan bir iyileşme sağlayabileceğini söyledi.
Yazarlar, yerçekimi dalgalarını tanımlamak için doğrusal olmama özelliğini kullanmanın önemini anlamak için şunları açıkladı: okyanustaki dalgalar: Havaya su fışkırtmadan yükselen ve alçalan bir dalga doğrusal bir denklemle tanımlanabilir. Ancak zirveye ulaşan ve kırılan bir dalga, doğrusal olmayan etkileşimler sergiler: Dalganın dibinde bir miktar su şişerken, diğer su aynı anda sol, sağ, yukarı ve aşağı dallar ve üzerindeki su damlacıkları halinde çarpar. Dalganın doğrusal olmayan bir modeli, havadaki damlacıklar da dahil olmak üzere dalgadaki tüm suyun nasıl ve ne zaman hareket ettiğini anlamanıza olanak tanır. Yerçekimi dalgaları su dalgalarına benzer ve yeni model, ekstra su damlacıklarının dünya dışı eşdeğerini açıklayabilir.
“Yerçekimi dalgası dedektifleri olacağımız zamana hazırlanıyoruz. makalenin yazarlarından biri olan Stein, “o zaman onların doğası hakkında elimizden gelen her şeyi anlamak için daha derine ineceğiz” dedi.
Referans: “Nonlinearities in Black Hole Ringdowns”, yazan Keefe Mitman, Macarena Lagos, Leo C. Stein, Sizheng Ma, Lam Hui, Yanbei Chen, Nils Deppe, François Hébert, Lawrence E. Kidder, Jordan Moxon, Mark A. Scheel, Saul A. Teukolsky, William Throwe ve Nils L. Vu, 22 Şubat 2023, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.081402