Слияние черных дыр — одно из немногих событий во Вселенной, обладающих достаточной энергией, чтобы произвести обнаруживаемые гравитационные волны. Физики из Университета Джона Хопкинса построили модель гравитационных волн, которые словно рябь на пруду расходятся от места столкновения черных дыр, искажая пространство-время.
Симуляция столкновения черных дыр. Видео: John Hopkins University
Гравитационные волны чрезвычайно малы. Обычно физики изучали волны, испускаемые при слиянии черных дыр, упрощая общую теорию относительности: они использовали версии уравнений, которые игнорируют слабые и почти незаметные, но важные гравитационные эффекты слияния.
В новом исследовании ученые представили «лобовое» столкновение черных дыр, движущихся со скоростью света. Хотя такое столкновение чрезвычайно маловероятно, моделирование этой ситуации показывает волны достаточно сильные, чтобы ученые смогли обнаружить нелинейности или гравитационные эффекты, которые игнорируются при «упрощенном» моделировании.
Общая теория относительности нелинейна, а это означает, что сами гравитационные волны также будут производить больше гравитационных волн.
Марк Хо-Юк Чунг, физик из Университета Джона Хопкинса, руководитель исследования
Исследователи также изучили другую, более вероятную ситуацию: постепенное слияние двух черных дыр, вращающихся друг вокруг друга. В этой ситуации ученые также обнаружили признаки нелинейного распространения гравитационных волн.
Художественная иллюстрация слияния двух черных дыр. Поведение гравитационных волн на начальной стадии (при сближении) и после слияния можно описать линейными уравнениями, но сам процесс слияния выявляет нелинейные эффекты. Изображение: Kip Thorne (сверху); B. P. Abbott et al. (снизу), American Physical Society
Полученные данные свидетельствуют, что слияния черных дыр нельзя изучать с помощью упрощенных линейных уравнений и что существующие модели нуждаются в корректировке.
