物理學(xué)家創(chuàng)建環(huán)狀黑洞新模型Credit: Arxiv: DOI: 10.48550/arxiv.2208.07380
（神秘的物理地球uux.cn）據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)（by California Institute of Technology）：當(dāng)兩個黑洞相互碰撞形成一個新的更大的黑洞時，它們猛烈地攪動周圍的學(xué)家新模型時空，向四面八方發(fā)出漣漪，創(chuàng)建稱為引力波。環(huán)狀黑洞以前對黑洞碰撞的物理研究使用線性數(shù)學(xué)來模擬引力波的行為，這意味著向外波動的學(xué)家新模型引力波不會相互影響或相互作用。現(xiàn)在，創(chuàng)建一項新的環(huán)狀黑洞分析更詳細(xì)地模擬了相同的碰撞，并揭示了所謂的物理非線性效應(yīng)。
加州理工學(xué)院的學(xué)家新模型研究生基夫·米特曼(Keefe Mitman)說:“非線性效應(yīng)是當(dāng)波浪在海灘頂部撞擊時發(fā)生的事情，”他與索爾·特考斯基(Saul Teukolsky，創(chuàng)建74年博士)一起工作，環(huán)狀黑洞索爾·特考斯基是物理加州理工學(xué)院的理論天體物理學(xué)的羅賓遜教授，并在康奈爾大學(xué)任職。學(xué)家新模型
“海浪相互作用，創(chuàng)建相互影響，而不是獨自前行。對于像黑洞合并這樣劇烈的事情，我們預(yù)料到了這些影響，但直到現(xiàn)在才在我們的模型中看到它們。從我們的模擬中提取波形的新方法使我們有可能看到非線性。”
這項研究發(fā)表在《物理評論快報》雜志上，由加州理工學(xué)院、哥倫比亞大學(xué)、密西西比大學(xué)、康奈爾大學(xué)和馬克斯·普朗克引力物理研究所的研究人員組成。
在未來，新模型可用于了解更多關(guān)于實際黑洞碰撞的信息，自2015年首次直接探測到來自太空的引力波以來，LIGO(激光干涉儀引力波天文臺)一直在例行觀測這些黑洞碰撞。LIGO將在今年晚些時候重新啟動，在此之前將進(jìn)行一系列升級，使探測器對引力波更加敏感。
米特曼和他的同事是一個名為模擬極端時空合作，或SXS的團(tuán)隊的一部分。由Teukolsky與諾貝爾獎獲得者基普·索恩(1962年出生)、加州理工學(xué)院榮譽(yù)退休理論物理學(xué)教授Richard P. Feynman合作建立的SXS項目使用超級計算機(jī)來模擬黑洞合并。超級計算機(jī)使用阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論方程模擬黑洞在螺旋聚集和合并時的演化過程。事實上，Teukolsky是第一個理解如何使用這些相對論方程來模擬黑洞碰撞的“振鈴”階段的人，這發(fā)生在兩個巨大的物體合并之后。
“需要超級計算機(jī)來對整個信號進(jìn)行精確的計算:兩個軌道黑洞的運動，它們的合并，以及沉降到一個靜止的殘余黑洞，”Teukolsky說。“沉降階段的線性處理是我很久以前在Kip指導(dǎo)下的博士論文的主題。這個階段的新的非線性處理將允許對波進(jìn)行更精確的建模，并最終對廣義相對論是否是黑洞的正確引力理論進(jìn)行新的測試。”
到目前為止，SXS模擬已經(jīng)被證明有助于識別和描述LIGO探測到的近100個黑洞。這項新的研究代表了該團(tuán)隊第一次在振鈴階段的模擬中發(fā)現(xiàn)了非線性效應(yīng)。
“想象有兩個人在蹦床上，”米特曼說。“如果他們輕輕地跳，他們不應(yīng)該對另一個人產(chǎn)生太大的影響。當(dāng)我們說一個理論是線性的時，就會發(fā)生這種情況。但是如果一個人開始用更多的能量彈跳，那么蹦床就會扭曲，另一個人就會開始感受到他們的影響。這就是我們所說的非線性:蹦床上的兩個人因為對方的存在和影響而經(jīng)歷新的振蕩。”
用引力術(shù)語來說，這意味著模擬產(chǎn)生了新類型的波。“如果你在大浪下面挖得更深，你會發(fā)現(xiàn)一個具有獨特頻率的額外的新波浪，”米特曼說。
總的來說，這些新的模擬將幫助研究人員更好地描述LIGO觀測到的未來黑洞碰撞的特征，并更好地測試愛因斯坦的廣義相對論。
哥倫比亞大學(xué)的合著者M(jìn)acarena Lagos說，“這是為下一階段的引力波探測做準(zhǔn)備的一大步，這將加深我們對這些發(fā)生在宇宙偏遠(yuǎn)地區(qū)的令人難以置信的現(xiàn)象中的重力的理解。”

(責(zé)任編輯：綜合)