画像クレジット：Penn State
ペンシルベニア州の科学者たちは、2つの周回するブラックホールをモデル化する取り組みにおいて新たなマイルストーンに到達しました。 「私たちは初めて、2つの刺激的なブラックホールの1つの軌道を数値的にモデル化する方法を発見しました」と、ペンシルベニア州立重力物理学研究所の物理学准教授で研究者のBernd Bruegmann氏は述べています。ブリューグマンの研究は、地球上を転がる行為で最初の重力波を捉えようとする世界的な取り組みの一環です。
これらのシミュレーションについて説明した論文は、Physical Review Letters誌の2004年5月28日号に掲載されます。この論文は、ブリューグマンとペン州立大学の2人の博士研究員であるニーナヤンセンとウォルフガングティシーによって執筆されました。
ブラックホールは、アインシュタインの一般相対性理論によって記述され、重力相互作用を非常に正確に説明します。ただし、アインシュタインの方程式は複雑であり、数値的にさえ解くことが難しいことで有名です。さらに、ブラックホールはそれ自体の問題を引き起こします。各ブラックホールの内部には、時空特異点と呼ばれるものが潜んでいます。近づきすぎるオブジェクトは、ブラックホールの中心に引き寄せられ、再び逃げることはできません。また、巨大な重力によって引き裂かれます。
「コンピューターでこれらの極端な条件をモデル化すると、ブラックホールは食欲をそそり、ブラックホールを概算するために使用するポイントの数値グリッドを引き裂きたいと思うことがわかります」とBruegmannは言います。 「単一のブラックホールはすでにモデル化するのが困難ですが、アインシュタインの理論の非常に非線形なダイナミクスのため、インスパイラルの最終段階にある2つのブラックホールははるかに困難です。」ブラックホールバイナリのコンピューターシミュレーションは、有限時間後に不安定になり、クラッシュする傾向があります。これは、以前は1つの軌道に必要な時間よりもはるかに短い時間でした。
「私たちが開発した手法は、ブラックホールに沿って移動するグリッドに基づいており、それらの動きと歪みを最小限に抑え、コンピューターシミュレーションがクラッシュする前に互いの周りに1つのらせん状の軌道を完了するのに十分な時間を購入しています」とBruegmannは言います。彼は「移動グリッド」戦略を説明するための類推を提供します。しかし、カルーセルの上に立っている場合は、その人物があなたとの関係で移動することはないため、どちらかが円を描いて回っているため、一方向のみを見る必要があります。」
移動グリッドの構築は、ブリューグマンの作品の重要な革新です。物理学者にとっては新しいアイデアではありませんが、2つのブラックホールで機能させることは困難です。研究者たちはまた、ブラックホールの進化に応じて動的に調整を行うフィードバックメカニズムを追加しました。結果は、らせん状の動きの約1つの軌道に対して2つのブラックホールに対して実際に機能する精巧なスキームです。
「ブラックホールの相互作用と重力波のモデリングは非常に難しいプロジェクトですが、ブリューグマン教授の結果は、このシミュレーションの取り組みで最終的にどのように成功するかについての良い見解を与えてくれます」とテキサス大学オースティン校の教授で主任研究者のリチャードマッツナーは述べています。 90年代に数値相対性理論の基礎を築いた全米科学財団の元のバイナリーブラックホールグランドチャレンジアライアンス。
エバリー物理学教授で重力物理学および幾何学研究所の所長であるAbhay Ashtekarは、次のように付け加えています。重力波天文学の最も興味深い出来事。」
この研究は、ペンシルベニア州立重力物理学研究所に国立科学財団が設立したフロンティア重力波物理学センターへの寄付を含む、国立科学財団からの助成金によって資金提供されました。
元のソース：Penn State News Release
