Bir sanatçının çarpışmak ve birleşmek üzere olan iki kara delik izlenimi.
Işık hızına yakın bir hızla çarpışan iki kara deliğin son simülasyonları, bir astrofizikçinin “evrende hayal edebileceğiniz en şiddetli olaylardan biri” olarak adlandırdığı olayın ardındaki esrarengiz fiziğe ışık tuttu.
Johns Hopkins Üniversitesi’nde simülasyonları hazırlayan doktora sonrası araştırmacı Thomas Helfer, “Işık hızına çok yakın iki kara deliği kafa kafaya patlatmak biraz çılgınca bir şey” dedi. “[{” attribute=””>gravitational waves associated with the collision might look anticlimactic, but this is one of the most violent events you can imagine in the universe.”
The findings, published in Physical Review Letters, is the first detailed look at the aftermath of such a cataclysmic clash, and shows how a remnant black hole would form and send gravitational waves through the cosmos.
Black hole mergers are one of the few events in the universe energetic enough to produce detectable gravitational waves, which carry energy produced by massive cosmic collisions. Like ripples in a pond, these waves flow through the universe distorting space and time. But unlike waves traveling through water, they are extremely tiny, and propagate through “spacetime,” the mind-bending concept that combines the three dimensions of space with the idea of time.
Bu simülasyon, ışık hızına yakın çarpışan iki kara deliği gösteriyor ve bir astrofizikçinin “evrende hayal edebileceğiniz en şiddetli olaylardan biri” dediği şeyin gizemli fiziğini ortaya çıkarıyor. Çalışma, böylesine dehşet verici bir çarpışmanın sonrasına ilişkin ilk ayrıntılı bakış niteliğinde ve kalan bir kara deliğin nasıl oluşacağını ve kozmosa yerçekimi dalgaları göndereceğini gösteriyor. Kredi: Thomas Helfer/Johns Hopkins Üniversitesi’nin izniyle simülasyon
Bir Johns Hopkins fizikçisi olan ortak yazar Emanuele Berti, “Bir yerçekimi dalgası içimden geçerse, beni biraz daha ince ve biraz daha uzun, sonra biraz daha kısa ve biraz daha şişman yapıyor” dedi. “Fakat bunu yaptığı miktar, bir atom çekirdeğinin boyutundan yaklaşık 100.000 kat daha küçüktür.”
Fizikçiler, kara deliklerin birleşmesinden sonra yayılan dalgaları, birleşmenin ince ama önemli yerçekimi etkilerini göz ardı eden denklemler kullanarak genel göreliliği (Einstein’ın yerçekiminin nasıl çalıştığına dair teorisi) basitleştirerek incelediler. Berti, birleşme sırasında üretilen yerçekimi dalgalarının zayıf olduğu varsayımına, “doğrusal yaklaşımlara” dayandığı için bu yaklaşımın önyargılı olduğunu düşünüyor.
Kara deliklerin bu kadar aşırı hızlarda çarpışması neredeyse imkansız olsa da, böyle bir çarpışmayı simüle etmek, ekibin doğrusal olmayan durumları veya teorinin basitleştirilmiş versiyonunda bulunamayan yerçekimi etkilerini tespit etmesi için yeterince güçlü sinyaller üretti. Bulgular, kara delik birleşmelerinin lineerleştirilmiş denklemlerle incelenemeyeceğini ve bu olayların mevcut modellerinin tamamen değiştirilmemesi durumunda ince ayar yapılması gerektiğini gösteriyor.
Araştırmayı yöneten Johns Hopkins doktora fizik öğrencisi Mark Ho-Yeuk Cheung, “Genel görelilik doğrusal değildir, bu da yerçekimi dalgalarının kendilerinin de daha fazla yerçekimi dalgası üreteceği anlamına gelir” dedi.
Ekip ayrıca, evrende olanları daha gerçekçi bir şekilde temsil eden bir senaryo olan, birbiri etrafında döndükten sonra birleşen iki kara deliğin simülasyonlarını analiz ederek bu sözde doğrusal olmama durumlarını tespit etti. Caltech’teki bağımsız bir araştırmacı grubu tarafından aynı simülasyonlar üzerine yapılan bir çalışma da şu kitapta yer almaktadır: Fiziksel İnceleme Mektupları ve benzer sonuçlar bulur.
Cheung, “Bu biraz büyük bir mesele, çünkü kara delikleri gerçekten anlamak istiyorsak, komplikasyonları unutamayız,” dedi. “Einstein’ın teorisi bir canavar; denklemler gerçekten karmaşık.”
Referans: Mark Ho-Yeuk Cheung, Vishal Baibhav, Emanuele Berti, Vitor Cardoso, Gregorio Carullo, Roberto Cotesta, Walter Del Pozzo, Francisco Duque, Thomas Helfer, Estuti Shukla ve Kaze W. K. Wong, 22 tarafından yazılan “Kara Delik Halkasında Doğrusal Olmayan Etkiler” Şubat 2023, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.081401
Çalışma, Croucher Vakfı, Ulusal Bilim Vakfı ve NASA.
Bu çalışma, Maryland Advanced Research Computing Center ve Texas Advanced Computing Center’daki hesaplama kaynakları ile üretilmiştir.