Дослідники змоделювали гравітаційні хвилі, що виникають внаслідок «лобового» зіткнення чорних дір, що рухаються зі швидкістю світла.
Злиття чорних дір – одна з небагатьох подій у Всесвіті, яка має достатньо енергії для отримання гравітаційних хвиль, які можна виявити. Фізики з Університету Джона Хопкінса побудували модель гравітаційних хвиль, які немов брижі на ставку розходяться від місця зіткнення чорних дір, спотворюючи простір-час.
Симуляція зіткнення чорних дір. Відео: John Hopkins University
Гравітаційні хвилі надзвичайно малі. Зазвичай фізики вивчали хвилі, що випромінюються при злитті чорних дір, спрощуючи загальну теорію відносності: вони використовували версії рівнянь, які ігнорують слабкі і майже непомітні, але важливі гравітаційні ефекти злиття.
У новому дослідженні вчені представили “лобове” зіткнення чорних дір, що рухаються зі швидкістю світла. Хоча таке зіткнення надзвичайно малоймовірне, моделювання цієї ситуації показує хвилі досить сильні, щоб вчені могли виявити нелінійності або гравітаційні ефекти, які ігноруються при «спрощеному» моделюванні.
Дослідники також вивчили іншу, більш вірогідну ситуацію: поступове злиття двох чорних дір, що обертаються одна навколо одної. У цій ситуації вчені також виявили ознаки нелінійного поширення гравітаційних хвиль.
Художня ілюстрація злиття двох чорних дір. Поведінка гравітаційних хвиль на початковій стадії (при зближенні) і після злиття можна описати лінійними рівняннями, але сам процес злиття виявляє нелінійні ефекти. Зображення: Kip Thorne (зверху); B. P. Abbott et al. (знизу), American Physical Society
Отримані дані свідчать, що злиття чорних дір не можна вивчати за допомогою спрощених лінійних рівнянь і що існуючі моделі потребують коригування.