09:01 2024-08-19 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Omul de știință realizează primul studiu neliniar al imitatorilor de găuri negre

_ Omul de știință realizează primul studiu neliniar de imitatori ai găurilor negre

În cercetări recente, un om de știință de la Universitatea Princeton a realizat primul studiu neliniar al fuziunii unui imitator de găuri negre, având ca scop înțelegerea naturii semnalelor undelor gravitaționale emise de aceste obiecte, care ar putea ajuta la identificarea mai precisă a găurilor negre.

Imitatorii găurilor negre sunt obiecte astronomice ipotetice care imită găurile negre, în special în semnalele lor gravitaționale și efectul lor asupra obiectelor din jur. Cu toate acestea, le lipsește un orizont de evenimente, care este punctul de fără întoarcere.

Cercetarea a fost efectuată de Nils Siemonsen, cercetător asociat de cercetare la Universitatea Princeton, care a vorbit cu Phys.org despre munca sa.

„Mimatorii găurilor negre sunt obiecte remarcabil de apropiate de găurile negre, dar care nu au un orizont de evenimente. Din punct de vedere observațional, putem fi capabili să distingem găurile negre de obiectele care imită majoritatea proprietăților lor folosind observațiile undelor gravitaționale”, a spus el.

p>

Studiul, publicat în Physical Review Letters, se concentrează pe un tip de imitator al găurilor negre numit stele bosonice. Cheia pentru a le distinge de găurile negre, conform Dr. Siemonsen, constă în undele gravitaționale emise atunci când stelele bosonice se ciocnesc și se contopesc.

Stelele bosonice sunt unul dintre potențialii candidați pentru imitarea găurilor negre și, ca sugerează numele, constau din bozoni. Bosonii sunt particule subatomice, cum ar fi fotonii și particula Higgs.

Stelele bosonice constau din bosoni scalari precum axionii ipotetici, care sunt bozoni fără spin, ceea ce înseamnă că nu au moment unghiular intrinsec. Câmpurile scalare ale particulelor formează o configurație stabilă, legată gravitațional, fără a necesita o interacțiune puternică.

Cercetări anterioare au arătat că fuziunea unui sistem stelar boson binar duce la semnale de unde gravitaționale, care sunt ondulații în spațiu-timp cauzate prin procese violente.

Aceste semnale sunt universal identice cu cele ale unei găuri negre (sau fazei post-fuziune) independent de structura internă a imitatorului găurii negre.

Diferența în semnalele de unde gravitaționale emise sunt văzute după un timp de traversare a luminii din interiorul mimatorului, care este timpul necesar luminii pentru a parcurge diametrul imitatorului, care în acest caz este steaua bosonică.

În cazul unui imitator al unei găuri negre, acesta este caracterizat de ecouri gravitaționale repetate asemănătoare exploziei.

În scopul de a rafina cercetările anterioare, dr. Siemonsen a căutat să abordeze probleme precum lipsa de considerare a gravitației neliniare. efectele și excluderea interacțiunilor de sine între materia obiectului.

Pentru a aborda limitările studiilor anterioare, dr. Siemonsen a folosit simulări numerice pentru a rezolva ecuațiile Einstein-Klein-Gordon complete, care descriu evoluția câmpurilor scalare, cum ar fi cele din stelele bosonice.

Pentru fuziune, studiul s-a concentrat pe scenarii cu raporturi de masă mari, adică fuziunea unei stele bosonice mai mici cu una mai mare, mai compactă. , cu ecuațiile Klein-Gordon care descriu ciocnirea frontală a sistemului stelar binar.

Ecuația Klein-Gordon, cuplată cu ecuațiile de câmp ale lui Einstein, care descriu dinamica gravitațională, permite studiul evoluția auto-consecventă a sistemului.

Pentru rezolvarea setului de ecuații, dr. Siemonsen a folosit tehnica de relaxare Newton-Raphson cu metodele de ordinul al cincilea a diferențelor finite.

El a explicat provocările legate de implementarea acestor tehnici: „Numai în anumite condiții se formează un imitator al unei găuri negre din fuziunea a două stele bosonice. Regiunea din soluție, unde se întâmplă acest lucru, este deosebit de dificil de simulat din cauza separării mari a scalelor.”

Pentru a le depăși, au fost folosite metode precum rafinarea adaptivă a rețelei și rezoluția foarte mare.

Simulările au dezvăluit că semnalul undei gravitaționale al inelului conține o componentă asemănătoare unei explozii cu proprietăți diferite, așa cum se credea anterior, precum și o componentă a undei gravitaționale cu viață lungă.

„Niciuna dintre aceste componente nu este prezentă într-o fuziune obișnuită a unei găuri negre binare și a unui ringdown. Acest lucru poate ghida viitoarele căutări de unde gravitaționale, concentrându-se pe testarea paradigmei găurii negre”, a explicat dr. Siemonsen.

Cu toate acestea, gravitaționalul inițial. Semnalul de undă al unui imitator este similar cu cel al unei găuri negre rotative, cunoscută sub numele de gaură neagră Kerr, deoarece steaua bosonică primară (sau mai mare) devine mai compactă și mai densă.

Studiul a constatat că timpul de timp. dintre exploziile depind de dimensiunea stelei bosonice mai mici implicate în fuziune.

În plus, au găsit o componentă de lungă durată cu o frecvență comparabilă cu ceea ce ar fi de așteptat de la o gaură neagră, probabil din cauza oscilații ale obiectului rămas.

„Găurile negre se stabilesc în starea lor de repaus pe perioade de timp foarte scurte. Pe de altă parte, se crede în mod generic că imitatorii găurii negre remit o parte din energia disponibilă la fuziune sub formă de unde gravitaționale în timpul retragerii acestora din urmă pe perioade de timp relativ lungi”, a explicat dr. Siemonsen.

p>În sfârșit, studiul a arătat că energia totală emisă în undele gravitaționale este semnificativ mai mare decât se aștepta de la un eveniment echivalent de fuziune a unei găuri negre.

Cele două componente identificate în studiu ar putea fi folosite ca diferențiere între o rămășiță de fuziune a găurii negre și un imitator de găuri negre.

„Cu toate acestea, există încă multe întrebări fără răspuns despre proprietățile imitatorilor de găuri negre bine motivați și dinamica lor de fuziune și retragere”, a adăugat dr. Siemonsen.

Vorbind despre lucrările viitoare, el a remarcat: „O direcție viitoare interesantă este să luăm în considerare un imitator de găuri negre bine motivat și să înțelegem dinamica sa de inspirație, fuziune și retragere în contextul unui binar.

„În plus, analizarea retragerii acestor imitatori bine motivați folosind tehnici perturbative și conectarea acestora la tratamente neliniare este esențială pentru a ghida testele viitoare ale paradigmei găurii negre folosind observațiile undelor gravitaționale.”

© 2024 Rețeaua Science X

(Fluierul)

Inapoi