Раскрытие электродинамической природы столкновений в пространстве
Гравитационные волны — это волны, переносимые энергией, возникающие в результате ускорения или нарушения крупных объектов. Эти волны были впервые непосредственно зафиксированы в 2015 году и известны тем, что возникают при различных космологических явлениях, включая слияния черных дыр, которые вращаются вокруг друг друга (т.е. бинарные черные дыры).
Изучение гравитационных волн предоставляет ценную информацию о гравитации — основной силе, описанной в теории общей относительности Эйнштейна. Общая относительность рассматривает гравитацию как искривление пространства-времени, вызванное массой и энергией.
Предыдущие исследования показали, что когда гравитационные эффекты особенно выражены (например, в сильных полевых режимах, связанных со слиянием бинарных черных дыр), гравитация становится нелинейной. Более глубокое понимание этих нелинейных динамик может помочь в тестировании и совершенствовании существующих теорий гравитации.
Исследователи из Калифорнийского технологического института провели новые симуляции, которые описывают гравитацию с использованием уравнений Максвелла — уравнений, которые обычно применяются для изучения электромагнетизма, вместо традиционных уравнений общей относительности. Их работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, представляет новый многообещающий подход к исследованию гравитационной динамики бинарных черных дыр и других столкновений в пространстве-времени.
«Наше исследование вдохновлено двумя моментами», — рассказал Элиас Р. Мост, старший автор статьи. «В контексте предсказаний радиотрансиентов для сливайщихся компактных объектов, таких как нейтронные звезды и черные дыры, мы провели обширную работу по изучению обычных электрических и магнитных полей вокруг черных дыр, смоделировав их динамику и получив достаточно хорошее понимание их поведения.
Одновременно гравитация всегда оставалась несколько загадочной, по крайней мере в своей привычной форме, и ей не хватает наглядности, как это часто бывает для магнитных полей».
Недавние исследования Моста и его коллег строятся на идее, что гравитацию также можно выразить так, чтобы это напоминало то, как физическая теория описывает электрические и магнитные поля. Исследователи решили использовать уравнения, описывающие электромагнетизм, для понимания гравитационной динамики в сильных полевых режимах. Их надежда заключалась в том, чтобы достичь такого же уровня понимания, какого они достигли в предыдущих исследованиях, сосредоточенных на радиовыходе.
«Симуляции, которые мы запустили, основаны на общепринятой методологии визуализации уравнений Эйнштейна на компьютере», — объяснил Мост. «Эти симуляции являются по своей сутиchallenging, и были разработаны сообществом за последние 50 лет. Основная новизна, которую мы принесли на стол, заключалась в способности полностью переосмыслить эти симуляции аналогично электродинамике».
Используя предложенную методологию, исследователи смогли вычислить электрическое и магнитное поля, связанные с гравитацией на основе существующих данных симуляции. Интересно, что их симуляции показали, что теорию общей относительности действительно можно изучать с помощью уравнений, описывающих электромагнетизм.
«Наша работа уже научила нас переосмыслять траектории частиц и искривленное пространство», — отметил Мост. «Она также значительно помогла прояснить возникновение нелинейности (где доминирует сильная гравитация)».
В будущем исследование, проведенное Мостом и его коллегами, может открыть новые возможности для исследований, направленных на тестирование определенных аспектов теории общей относительности или нелинейной гравитационной динамики. В своих следующих исследованиях исследователи планируют углубиться в бурную динамику гравитационных волн.
«По сути, гравитационные волны отличаются от обычных пучков света», — объяснил Мост. «Когда они проходят друг через друга, они могут (при определенных условиях) взаимодействовать. Это взаимодействие может напоминать турбулентность в атмосфере, но матемatically описать это трудно. С другой стороны, для некоторых режимов электродинамики это уже хорошо известный и изученный феномен.
Используя наш подход, мы смогли показать, что те же математические формулировки, лежащие в основе турбулентности обычных магнитных полей, применимы также к гравитационным волнам, что является весьма не тривиальным открытием. В предстоящие месяцы мы планируем более подробно исследовать нелинейность гравитационных волн».
В конечном итоге это открытие может помочь углубить наше понимание основных законов, управляющих взаимодействиями в нашей Вселенной.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
