حقوق الصورة: ولاية بنسلفانيا
وصل العلماء في ولاية بنسلفانيا إلى معلم جديد في محاولة وضع نموذجين لثقوب سوداء تدور حولهما ، وهو حدث من المتوقع أن يولد موجات جاذبية قوية. يقول بيرند بروجمان ، أستاذ مشارك في الفيزياء وباحث في معهد بن ستيت للفيزياء والهندسة الجاذبية: "اكتشفنا طريقة لنمذجة عدديًا ، لأول مرة ، مدارًا واحدًا من فتحتين أسود ملهمتين". تعد أبحاث بروجمان جزءًا من مسعى عالمي للقبض على أول موجة جاذبية في عملية التدحرج فوق الأرض.
ستنشر ورقة تصف هذه المحاكاة في عدد 28 مايو 2004 من مجلة Physical Review Letters. قام بتأليف الورقة Bruegmann واثنان من علماء ما بعد الدكتوراه في مجموعته في ولاية بنسلفانيا ، نينا جانسن و فولفجانج تيشي.
يتم وصف الثقوب السوداء من خلال نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، والتي تعطي وصفا دقيقا للغاية لتفاعل الجاذبية. ومع ذلك ، فإن معادلات أينشتاين معقدة ويصعب حلها عدديًا. علاوة على ذلك ، تشكل الثقوب السوداء مشاكلها الخاصة. داخل كل ثقب أسود يكمن في ما يعرف بتفرد الزمكان. سيتم سحب أي جسم قريب جدًا إلى مركز الثقب الأسود دون أي فرصة للهروب مرة أخرى ، وسيشهد قوى جاذبية هائلة تمزقه.
يقول بروجمان: "عندما نمثل هذه الظروف القاسية على الكمبيوتر ، نجد أن الثقوب السوداء تريد التهام وتمزيق الشبكة العددية للنقاط التي نستخدمها لتقريب الثقوب السوداء". "من الصعب بالفعل تصميم نموذج ثقب أسود واحد ، لكن اثنين من الثقوب السوداء في المراحل الأخيرة من إلهامهما أصعب بكثير بسبب الديناميكيات غير الخطية لنظرية أينشتاين". تميل المحاكاة الحاسوبية لثنائيات الثقب الأسود إلى أن تصبح غير مستقرة وتتحطم بعد وقت محدود ، والذي كان أقصر بكثير من الوقت المطلوب لمدار واحد.
يقول Bruegmann: "تعتمد التقنية التي طورناها على شبكة تتحرك جنبًا إلى جنب مع الثقوب السوداء ، مما يقلل من حركتها وتشويهها ، ويتيح لنا الوقت الكافي لهم لإكمال مدار حلزوني واحد حول بعضهم البعض قبل تعطل محاكاة الكمبيوتر". يقدم تشابها لتوضيح استراتيجية "الشبكة المشتركة في الحركة": "إذا كنت تقف خارج دائري وترغب في مشاهدة شخص واحد ، فيجب عليك الاستمرار في تحريك رأسك لمواصلة مشاهدته وهو يدور. ولكن إذا كنت تقف على دائري ، عليك أن تنظر في اتجاه واحد فقط لأن هذا الشخص لم يعد يتحرك فيما يتعلق بك ، على الرغم من أن كلاكما يتجول في دوائر. "
يُعد إنشاء شبكة ذات حركة مشتركة ابتكارًا مهمًا لعمل Bruegmann. على الرغم من أنها ليست فكرة جديدة للفيزيائيين ، إلا أنه من الصعب جعلها تعمل مع اثنين من الثقوب السوداء. أضاف الباحثون أيضًا آلية تغذية مرتدة لإجراء تعديلات ديناميكيًا مع تطور الثقوب السوداء. والنتيجة هي مخطط متقن يعمل في الواقع لفتحتين أسودتين لحوالي مدار واحد من الحركة اللولبية.
يقول ريتشارد ماتزنر ، الأستاذ في جامعة تكساس في أوستن ، والمحقق الرئيسي في تحالف التحدي الكبير السابق للمؤسسة الوطنية للعلوم للثقب الأسود الذي وضع الكثير من أسس النسبية العددية في التسعينات.
يضيف أبهاي أشتيكار ، أستاذ الفيزياء الإبيرلي ومدير معهد فيزياء الجاذبية والهندسة ، "إن المحاكاة الأخيرة لمجموعة البروفيسور بروجمان هي علامة بارزة لأنها تفتح الباب أمام إجراء تحليل رقمي لمجموعة متنوعة من تصادمات الثقب الأسود التي هي من بين الأحداث الأكثر إثارة للاهتمام لعلم الفلك الموجي الثقالي. "
تم تمويل هذا البحث من خلال المنح المقدمة من مؤسسة العلوم الوطنية بما في ذلك واحدة إلى مركز فرونتير لفيزياء الموجة الجاذبية التي أنشأتها مؤسسة العلوم الوطنية في معهد ولاية بنسلفانيا لفيزياء الجاذبية والهندسة.
المصدر الأصلي: بيان صحفي ولاية بنسلفانيا
