Звуки черных дыр: новый метод расчета гравитационных волн
Черные дыры воплощают в себе абсолютную бездну. Они являются самыми мощными источниками гравитации во Вселенной, способными радикально искривлять пространство и время вокруг себя. Когда их равновесие нарушается, они начинают «звучать» особым образом — это явление известно как «квазинормальные моды»: рябь пространства-времени, порождающая детектируемые гравитационные волны.
Во время событий, таких как слияние черных дыр, эти волны могут быть настолько сильными, что их можно зафиксировать с Земли, что дает уникальную возможность измерить массу и форму черной дыры. Однако точный расчет этих колебаний теоретическими методами остается серьезной проблемой, особенно для быстро затухающих вибраций.
Это вдохновило команду исследователей из Университета Киото на разработку нового метода вычисления колебаний черных дыр. Их работа опубликована в журнале Physical Review D.
Ученые применили математический метод, называемый точным ВКБ-анализом (метод Вентцеля-Крамерса-Бриллюэна), чтобы детально проследить поведение волн, исходящих от черной дыры в далекое пространство.
Хотя этот метод давно изучается в математике, его применение в физике — особенно к черным дырам — остается новой и развивающейся областью.
«Основы точного ВКБ-метода были в значительной степени разработаны японскими математиками. Как исследователь из Японии, я всегда находил эту область интеллектуально и культурно близкой», — говорит ведущий автор статьи Тайга Миячи.
Этот метод позволил команде детально изучить волновые структуры, даже в областях, которые трудно анализировать другими существующими способами. Их подход включал рассмотрение пространства вблизи черной дыры путем его расширения в область комплексных чисел, что раскрыло богатую геометрическую структуру черной дыры.
Среди прочего, исследователи обнаружили математический феномен, известный как «кривые Стокса» — линии, на которых природа волны внезапно меняется. В то время как предыдущие исследования часто игнорировали бесконечно закручивающиеся кривые Стокса и пути, расходящиеся от черных дыр, команда учла эти сложные особенности в своем анализе.
Результаты показали, что исследователям удалось разработать метод, который систематически и точно фиксирует частотную структуру быстро затухающих колебаний. Это демонстрирует мощь точного ВКБ-анализа как практического инструмента, связывающего теоретические предсказания с наблюдательными данными.
«Мы были удивлены тому, насколько сложной и красивой оказалась скрытая структура этих вибраций. В нашем математическом анализе мы обнаружили спиральные узоры, которые ранее упускались из виду, и они оказались ключевыми для понимания полной картины квазинормальных мод», — отмечает Миячи.
Это исследование позволяет анализировать «звучание» черных дыр в широком спектре теоретических моделей. В конечном итоге это может повысить точность будущих наблюдений гравитационных волн и привести к более глубокому и надежному пониманию истинной природы Вселенной и ее геометрии.
В дальнейшем команда планирует расширить свой подход на вращающиеся черные дыры, а также изучить применение точного ВКБ-анализа в исследованиях квантовых гравитационных эффектов.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
