Warped Space-Time Around Black Holes Visualiseret

{h1}

Forskere får et bedre kig på krumning af rumtiden, når to sorte huller kolliderer.

For første gang har fysikere visualiseret, hvad der foregår under kollisionen af ​​to sorte huller, hvilket giver indsigt i, hvilken en forsker kalder rummets og stormens "stormfulde adfærd" under en sådan fusion.

Resultaterne kunne hjælpe forskere med at fortolke gravitationssignaler fra rummet for at rekonstruere de kosmiske begivenheder, der skabte dem, sagde undersøgelsesforsker Kip Thorne, en teoretisk fysiker ved California Institute of Technology. Undersøgelsen åbner også en ny måde at forstå sorte huller, tyngdekraft og kosmologi.

"Det er som om vi kun havde set havets overflade på en rolig dag," sagde Thorne til WordsSideKick.com. "Vi havde aldrig set havet i en storm, vi havde aldrig set en brydebølge, vi havde aldrig set vanddåser... Vi har aldrig før forstået, hvordan forvrænget rum og tid opfører sig i en storm."

To spiralformede hvirveler (gul) af hvirvlende rum, der stikker ud af et sort hul, og hvirvelstrengene (røde kurver) der danner hvirvlerne.

To spiralformede hvirveler (gul) af hvirvlende rum, der stikker ud af et sort hul, og hvirvelstrengene (røde kurver) der danner hvirvlerne.

Kredit: Caltech / Cornell SXS Collaboration

Her er hvordan sorte huller og rumtider er forbundet: Teorien om generel relativitet, foreslået af Albert Einstein i 1915, beskriver, hvordan tyngdekraften påvirker meget massive store ting som sorte huller og selve universet. Ifølge denne teori forveksler tyngdekraften faktisk rumtidsstrukturen på en sådan måde, at massive genstande bøjer universet (tænk en Sumo wrestler på en blød måtte), så objekter ikke kan hjælpe, men falder mod dem. Selv tid kan bøjes af tyngdekraften, teorien går.

Vortex og tendex

Med andre ord havde forskerne et godt håndtag på de kræfter, der blev skabt af et stille spindende sorte hul. De kunne også simulere resultaterne af sorte hulkollisioner for at se, hvilken type gravitationsbølger kollisionerne skaber. "Det vi ikke kunne gøre er at gå ned og se på fusionen selv," sagde Thorne. [Se en video af de sorte hulkollisioner]

For at visualisere en black hole fusion brugte forskerne to koncepter, en gammel og en ny: hvirvellinjer og tendex linjer. Disse linjer svarer til de linjer, der er tegnet for at repræsentere magnetfelter, sagde undersøgelsesforfatteren Robert Owen, en postdoktoral forsker i astronomi ved Cornell University.

Vortex linjer repræsenterer en vridningskraft i rumtiden. Hvis du skulle falde i en hvirvellinje, ville din krop blive vred som et vådt håndklæde, sagde Owen. Tendex linjer, som er et nyt koncept, repræsenterer en strække eller klemme kraft. [Visualisering af hvirvelstrækninger]

"Tendex er faktisk et ord, som vi måtte opfinde, fordi det ikke eksisterede før dette," sagde Owen.

Ved hjælp af supercomputere skabte forskerne simuleringer af hvirvel og tendex linjer, der ville blive oprettet, når sorte huller slog sammen. Mønstrene varierer afhængigt af, hvordan fusionen sker, sagde Thorne. For eksempel udskyder en hovedkollision af to sorte huller doughnutformede hvirvler fra fusionen. To sorte huller spirer ind i hinanden skaber et helt andet arrangement.

To donutformede hvirvler udstødt af et pulserende sort hul. Også i midten er der to røde og to blå hvirvelbånd, der er fastgjort til hullet, som vil blive udstødt (som en røgring) som en tredje doughnutformet hvirvel i den næste pulsering.

To donutformede hvirvler udstødt af et pulserende sort hul. Også i midten er der to røde og to blå hvirvelbånd, der er fastgjort til hullet, som vil blive udstødt (som en røgring) som en tredje doughnutformet hvirvel i den næste pulsering.

Kredit: Caltech / Cornell SXS Collaboration

"Det er her vi ser hvirvler, der stikker ud af det fusionerede sorte hul, der svinger rundt om det fusionerede sorte hul som galaxens spiralarm eller som vandsprøjtning ud af et roterende sprinklerhoved," sagde Thorne.

I en anden simulering af spindefulde huller, der omkreds til hinanden, sagde hvirvelerne til hinanden, sagde Thorne.

Sporing af kilden

Forskerne arbejder på tre opfølgende undersøgelser for at undersøge detaljerne i den involverede dynamik, sagde Owen. Han sagde forskergruppen forventer, at tendexes og vortexes vil blive brugt til at undersøge mange situationer, hvor gravitationskræfterne er meget stærke, herunder lige efter Big Bang, der måske har skabt universet for 13,7 milliarder år siden.

Hvorvidt værdifulde indsigter kommer ud af den nye visualiseringsmetode, er endnu ikke blevet observeret, University of Texas, Brownsville og Southmost Texas College Physicist Richard Price fortalte WordsSideKick.com. Men metoden har mere potentiale end nogen anden metode, han ved, sagde Price.

"Mit første indtryk [efter at have hørt om undersøgelsen] var 'Ja, det kunne arbejde', sagde Price, som ikke var involveret i undersøgelsen.

"Du kan ikke beregne alt, du skal vide, hvor du skal se," Pris tilføjet. "Og derfor skal du have evnen til at visualisere."

Resultaterne kan også hjælpe forskere med at forstå resultaterne af Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, eller LIGO, et instrument, der registrerer gravitationsbølger fra rummet. Først vidste forskere nok om sorte hulkollisioner for at finde ud af, hvilke slags bølger LIGO skulle søge efter, sagde Thorne. Nu kan forskere begynde at fortolke disse bølger, når de kommer ind.

"Vi vil kunne se på bølgens former og være i stand til at gå tilbage og sige hvad der skete for at producere bølgerne," sagde Thorne.

Du kan følge WordsSideKick.com senior forfatter Stephanie Pappas på Twitter @sipappas.


Video Supplement: DISTORTIONS.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com