Posúvanie spájania čiernych dier do extrému: Vedci z RIT dosahujú hmotnostný pomer 100:1
Posúvanie spájania čiernych dier do extrému: Vedci z RIT dosahujú hmotnostný pomer 100:1
Anonim

Vedci po prvý raz simulovali spojenie dvoch čiernych dier značne odlišných veľkostí, pričom jedna hmota je 100-krát väčšia ako druhá. Tento extrémny hmotnostný pomer 100:1 láme bariéru v oblasti numerickej relativity a astronómie gravitačných vĺn.

Až doteraz zostával problém simulácie spájania binárnych čiernych dier s extrémnymi rozdielmi veľkosti nepreskúmanou oblasťou fyziky čiernych dier.

"Príroda nezráža čierne diery rovnakej hmotnosti," hovorí Carlos Lousto, docent matematických vied na Rochester Institute of Technology a člen Centra pre výpočtovú relativitu a gravitáciu. „Majú hmotnostné pomery 1:3, 1:10, 1:100 alebo dokonca 1:1 milión. To nás stavia do lepšej situácie na simuláciu realistických astrofyzikálnych scenárov a na predpovedanie toho, čo by pozorovatelia mali vidieť, a na to, aby sme im povedali, čo majú hľadať.

„Lídri v tejto oblasti verili, že vyriešenie problému hmotnostného pomeru 100:1 bude trvať ďalších päť až desať rokov a výrazné pokroky vo výpočtovej sile. Myslelo sa, že je to technicky nemožné."

„Tieto simulácie boli umožnené pokrokom v škálovaní a výkone počítačových kódov relativity na tisíckach procesorov a pokrokom v našom chápaní toho, ako možno upraviť podmienky merania tak, aby sa prispôsobili veľmi odlišným mierkam problému,“dodáva. Yosef Zlochower, odborný asistent matematických vied a člen centra.

Dokument oznamujúci zistenia Lousta a Zlochowera bol predložený na uverejnenie v časopise Physical Review Letters.

Jediná predchádzajúca simulácia popisujúca extrémne zlúčenie čiernych dier sa zamerala na scenár zahŕňajúci hmotnostný pomer 1:10. Tieto techniky nebolo možné rozšíriť do väčšieho rozsahu, vysvetlil Lousto. Na zvládnutie väčších hmotnostných pomerov on a Zlochower vyvinuli numerické a analytické techniky založené na pohyblivom punkčnom prístupe – prelom, ktorý vytvorila Manuela Campanelli, riaditeľka Centra výpočtovej relativity a gravitácie, ktorý viedol k jednej z prvých simulácií čiernej farby. diery na superpočítačoch v roku 2005.

Flexibilné techniky, ktoré Lousto a Zlochower vyvinuli pre tento scenár, sa premietajú aj do otáčania binárnych čiernych dier a do prípadov zahŕňajúcich menšie hmotnostné pomery. Tieto metódy poskytujú vedcom spôsoby, ako preskúmať limity hmotnostného pomeru a modelovať pozorovacie účinky.

Lousto a Zlochower použili zdroje v Texas Advanced Computer Center, kde sa nachádza superpočítač Ranger, na spracovanie masívnych výpočtov. Počítaču, ktorý má 70 000 procesorov, trvalo takmer tri mesiace, kým dokončila simuláciu opisujúcu doteraz najextrémnejšie spojenie čiernych dier v pomere hmotnosti.

„Ich práca posúva hranice toho, čo dnes dokážeme,“hovorí Campanelli. "Teraz máme nástroje na riešenie nového systému."

Simulácie ako Lousto a Zlochower's pomôžu pozorovacím astronómom odhaliť zlúčenie čiernych dier s veľkými rozdielmi veľkosti pomocou budúceho Advanced LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wve Observatory) a vesmírnej sondy LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Simulácie zlučovania čiernych dier poskytujú plány alebo šablóny pre pozorujúcich vedcov, ktorí sa pokúšajú rozpoznať podpisy masívnych kolízií. Pozorovanie a meranie gravitačných vĺn vytvorených pri splynutí čiernych dier by mohlo potvrdiť kľúčovú predpoveď Einsteinovej všeobecnej teórie relativity.

Populárna podľa tém