Процесс слияния двух черных дыр

Объединение (слияние) двух черных дыр - одно из самых странных и загадочных процессов, которые должны происходить во Вселенной и которые современная астрономия жаждет увидеть непосредственно в реальности.

Теперь астрофизики, используя суперкомпьютеры доказали на примере моделирования данных процессов слияния, что искать и наблюдать эти события намного проще. В статье, которая была опубликована в Physical Review Letters 17 сентября 2001 года, группа молодых исследователей из Института Гравитационной Физики Макса Планка (Институт Альберта Эйнштейна в Голме, около Потсдама и Берлина, Германия) предсказала проявление сильнейших гравитационных волн, которые должны испускаться в момент, когда черные дыры погружаются друг в друга в процессе слияния.

Группа исследователей состоит из Джона Бакера (НАСА, США), Бернд Брюгманн, Мануэла Кампанелли, Карлос Лоусто и Раоджи Такахаши. Они называют себя группой Lazarus. Наиболее важный результат моделирования Lazarus позволит обеспечить необходимыми данными астрономов, которые позволят непосредственно зафиксировать гравитационные волны в виде шумов на выходе их детекторов. Lazarus моделирования позволяют предсказывать события с большей точностью и надежностью, чем это делалось прежде. Группа Lazarus ожидает, что гравитационные волны будут более сильными, чем предсказывалось предварительными оценками при моделировании данных процессов слияния.

Слияния черных дыр – это процесс, который должен происходить повсеместно во Вселенной, раз само существование черных дыр уже доказано на практике. Наиболее часто данные процессы могут происходить в центрах крупных галактик, в том числе и в нашей собственной Галактике – Млечный Путь. Там, центральная супермассивная черная дыра своим гигантским гравитационным полем будет постепенно затягивать в себя помимо звезд и газа, еще и более мелкие черные дыры. Однако, в процессе такого слияния, не испускается никаких волн радио, оптического или рентгеновского диапазона, которые мы могли бы зафиксировать. Мы можем обнаруживать слияния черных дыр лишь по изменениям силы гравитационных волн, доходящих до нас. Предыдущие моделирования данных процессов не могли проанализировать и учесть целый ряд возможных сценариев слияния. Глубоко внутри черной дыры скрывается одна "особенность", - это то место, где сила тяжести становится сверхогромной. Поэтому моделирования на более слабых ЭВМ не позволяли учесть все тонкости этих процессов.

Моделирование предсказывает невиданный разнос гравитационных волн за пределы Земли после слияния двух черных дыр. Сила волн максимальна вблизи эпицентра слияния. Затем волны устремляются по увеличению радиуса сфер их излучения, и, в конечном счете, останавливаясь на гранях куба, за пределами которых ограничиваются возможности компьютерной визуализации.

Результаты проведенных исследований таковы: столкновения черных дыр если оно произойдет, то пройдет за очень малый промежуток времени. Они сольются в течение долей секунды, но все же окажут воздействие своим объединением на все объекты, вплоть до Земли, если расстояние до нее от них будет даже миллион световых лет. Воздействие будет происходить в виде гравитационных волн. К сожалению, наука еще не может пока измерять силу гравитационных волн.

Имитация столкновения черных дыр очень сложна для расчета, поскольку ее нужно было выполнять по уравнениям Эйнштейна, рассчитываемым в тензорном виде. Для расчета же абсолютно точной модели столкновения по тензорному анализу, самые современные компьютеры выполняли бы все необходимые и окончательные операции около 140 000 часов или 16 лет непрерывной работы.

Численные имитации данной модели, по столкновению черных дыр, происходили на 32-процессорном компьютере в институте им. Альберта Эйнштейна и также на 256-процессорном компьютере из Национального Центра Суперкомпьютерной Аппликации (NCSA) в Университете Иллинойс, США.

Моделирование рассматривалось для столкновения двух черных дыр с массами: от менее 10 до более чем 100.000.000. масс Солнца. Такие имитации являются важной предпосылкой для запланированного доказательства существования гравитационных волн, которые можно обнаружить в настоящее время только при самых сильных катастрофах во Вселенной.

Черные дыры - крайне уплотненные объекты, которые в силу своего притяжения не выпускают даже свет и электромагнитные волны. Поэтому обнаружить их визуально можно только в том случае, если черная дыра соседствует с обычной звездой, засасывая ее вещество в свою воронку. Вот по этому перетеканию вещества и можно найти черную дыру в просторах Космоса.

Источник: SciTecLibrary.ru