Ученые разглядели в гравитационном танце черных дыр математическую структуру

Неожиданное открытие совершила международная группа астрономов

Международная группа астрономов представила наиболее точную модель гравитационных волн, возникающих при столкновении двух черных дыр, раскрыв неожиданные математические структуры. Расчеты показали возникновение геометрических конфигураций, знакомых физикам по теории струн, что открывает новые перспективы для математического описания астрофизических явлений, сообщила «Новая наука».

Альберт Эйнштейн, вскоре после разработки общей теории относительности, предсказал существование гравитационных волн – излучения, возникающего при деформации пространства-времени под воздействием массивных объектов. Подтверждение этой гипотезы произошло лишь спустя столетие. В 2015 году первое прямое обнаружение гравитационных волн от слияния черных дыр и нейтронных звезд подтвердило предсказания Эйнштейна. С тех пор детекторы LIGO, KAGRA и Virgo зафиксировали более сотни подобных событий.

Астрофизики смоделировали последние моменты перед слиянием двух черных дыр и обнаружили неожиданную математическую структуру, управляющую их гравитационным "танцем". Используя сложные уравнения общей теории относительности Эйнштейна, исследователи обнаружили ранее неизвестные паттерны в спиральном движении и деформации черных дыр. Эти паттерны проявляются в виде серии математических "пиков", которые становятся все более выраженными по мере приближения к моменту слияния. Открытие может упростить вычисления гравитационных волн, излучаемых сливающимися черными дырами, и помочь в поиске новых черных дыр.

Для анализа этих сигналов исследователи используют сложные модели, создаваемые суперкомпьютерами. Однако этот метод требует значительных вычислительных ресурсов и имеет ограничения по точности. Ученые из Университета Гумбольдта в Берлине разработали модель, описывающую взаимодействие двух черных дыр с высокой точностью. Они изучили рассеяние черных дыр, гравитационное взаимодействие, при котором черные дыры сближаются, но не сливаются.

Руководитель рабочей группы Ян Плефка отметил, что математическое описание этого процесса требует исключительной точности. Команда смоделировала гравитационные волны, используя инструменты квантовой теории поля. Расчеты, потребовавшие более 300 000 часов обработки на компьютерах, достигли «пятого порядка пост-Минковского» – наивысшего уровня точности для подобного взаимодействия.

Расчеты выявили пространства Калаби-Яу, шестимерные геометрические структуры, играющие ключевую роль в теории струн. Бенджамин Зауэр отметил, что возникновение этих геометрий углубляет понимание взаимосвязи математики и физики и поможет усовершенствовать модели для интерпретации данных гравитационно-волновой астрономии.

Ожидается, что будущие обсерватории, такие как Einstein Telescope, позволят измерить эффекты рассеяния. Густав Могулл подчеркнул необходимость повышения точности моделей для соответствия уровню детализации детекторов. Эта точность важна для обнаружения сигналов от черных дыр, движущихся по вытянутым орбитам со скоростями, близкими к скорости света.

Читайте также, временную капсулу с предупреждением об опасности ИИ обнаружили в Нью-Йорке.