Bir sanatçının çarpışmak ve birleşmek üzere olan iki kara delik izlenimi. Yeni araştırmalar, kozmik olayları modellemek için daha karmaşık bir modelin geliştirilmesine yol açtı; bu, birleşen karadeliklerin yapısının daha derinden anlaşılmasını sağlayacak.
Bir araştırma makalesi, karadeliklerin çarpıştıklarında yaydıkları dalgaları analiz etmek için yeni yöntemler kullanıyor.
2015 yılında, bilim adamları ilk kez yerçekimi dalgalarını, yani iki kara deliğin çarpışması ve birleşmesi gibi büyük kozmik olayların kozmosu bozduğu zaman meydana gelen uzay-zamandaki dalgalanmaları tespit ettiler. Bu dalgaların gözlemlenmesi, Einstein’ın uzay-zaman inandığı gibi çalıştığı takdirde bu tür dalgaların oluşacağını öngören genel görelilik kuramını doğruladı. Aradan geçen yedi yılda, yaklaşık 100 birleşen karadelik gözlemlenerek tespit edildi. yerçekimi dalgaları bu dünya dışı olayların yaydığı.
Şimdi, yeni araştırmalar sayesinde, bu kozmik olayları modelleme yeteneği daha sofistike hale geldi. 14 araştırmacıdan oluşan ekip, Caltech PhD öğrencisi ve Columbia College mezunu Keefe Mitman (CC’19), Columbia postdoc Macarena Lagos, Columbia Profesörü Lam Hui ve Mississippi Üniversitesi profesörü Leo Stein tarafından yönetildi. Geliştirdikleri geliştirilmiş model, birleşen karadeliklerin yapısını daha derinden anlamanın yolunu açıyor.
“Nonlinearities in Black Hole Ringdowns”ta yayınlanan yeni bir makale Fiziksel İnceleme Mektuplarıekip, modellere doğrusal olmayan etkileşimleri dahil ederek yerçekimi dalgalarının yaydığı sinyali modellemenin daha karmaşık bir yolunu özetliyor. Bu modelleme yöntemi, bilim adamlarının kara deliklerin içinde olup bitenlerin yapısını daha iyi anlamalarına olanak sağlayacak ve ayrıca Einstein’ın genel görelilik kuramının aşırı astrofiziksel ortamlarda yerçekimi davranışını doğru bir şekilde tanımlayıp açıklamadığını test etmeye yardımcı olacaktır.
Birleşmek üzere olan iki kara deliğin yukarıdan bakıldığında bir bilgisayar görüntüsü. Kredi: SXS Mercekleme/Simülasyon eXtreme Spacetimes İşbirliği
“Bu, yerçekimi dalgası tespitinin bir sonraki aşaması için bizi hazırlamada büyük bir adım. Makalenin ortak yazarlarından Lagos, yerçekimi anlayışımızı ve kozmosun uzak noktalarında meydana gelen bu inanılmaz olayları derinleştirecek” dedi.
Araştırma uygun bir zamanda geliyor: Bu Mart, LIGOYerçekimi dalgalarını ilk tespit eden gözlemevi, uzayın uzak noktalarında meydana gelen olayların yeni gözlemlerini toplamak için çalıştırılacak. Gözlemevi, pandemi nedeniyle kapatıldığı 2020 yılından bu yana faaliyet göstermiyor. Birkaç başka büyük dedektörün de önümüzdeki yıllarda veri toplamaya başlaması bekleniyor, bu da gelen bilgileri yorumlamak için gelişmiş modellere sahip olmalarını daha da önemli hale getiriyor.
Ortak yazar Lam Hui, yerçekimi dalgalarının sağlayabileceği bilgileri açıklamak için bir benzetme kullandı: “Size bir kutu verir ve içinde ne olduğunu sorarsam, yapılacak doğal şey onu sallamaktır. Bu size kutunun içinde şeker mi yoksa madeni para mı olduğunu söyler. Bu modellerle yapmaya çalıştığımız şey de bu, bir şeyin iç içeriği hakkında bir fikir toplamak. Kara delik sallandığında çıkan sesi dinleyerek.” Kara delikler söz konusu olduğunda “sallanma”, iki çarpışıp birleştiğinde meydana gelen bozulmadır. “Yaydığı harmonikleri dinleyerek, kara deliğin uzay-zaman yapısını değerlendirebiliriz.”
İki kara deliğin birleşmesinden sonra yayılan yerçekimi dalgalarının modelleri, bugüne kadar yalnızca kara deliklerin yapısı ve içeriği hakkında değerli bilgiler sağlayan, iyi çalışan doğrusal etkileşimleri içermelidir. Ancak bu yeni model, genel olarak %10’a varan bir iyileştirme sunabilir. kesinlik makalenin yazarları, kara delik modellerinin olduğunu söyledi.
Yazarlar yerçekimi dalgalarını tanımlamak için doğrusal olmama özelliğini kullanmanın önemini anlamak için okyanustaki dalgaları şöyle tanımladılar: Havaya su fışkırtmadan yükselen ve alçalan bir dalga doğrusal bir denklemle tanımlanabilir. Ancak zirveye ulaşan ve kırılan bir dalga, doğrusal olmayan etkileşimler sergiler: Dalganın dibinde bir miktar su şişerken, diğer su aynı anda sol, sağ, yukarı ve aşağı dallar ve üzerindeki su damlacıkları halinde çarpar. Dalganın doğrusal olmayan bir modeli, havadaki damlacıklar da dahil olmak üzere dalgadaki tüm suyun nasıl ve ne zaman hareket ettiğini anlamanıza olanak tanır. Yerçekimi dalgaları su dalgalarına benzer ve yeni model, ekstra su damlacıklarının dünya dışı eşdeğerini açıklayabilir.
Makalenin yazarlarından biri olan Stein, “Kendimizi yerçekimi dalgası dedektifleri olacağımız, onların doğası hakkında elimizden gelen her şeyi anlamak için daha derine ineceğimiz zamana hazırlıyoruz” dedi.
Referans: “Nonlinearities in Black Hole Ringdowns” yazan Keefe Mitman, Macarena Lagos, Leo C. Stein, Sizheng Ma, Lam Hui, Yanbei Chen, Nils Deppe, François Hébert, Lawrence E. Kidder, Jordan Moxon, Mark A. Scheel, Saul A. Teukolsky, William Throwe ve Nils L. Vu, 22 Şubat 2023, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.081402