Моделирование хаотических взаимодействий между тремя черными дырами
AstroNews.ru - 21 Октября 2021 14:31:05
Нидерландский студент Аренд Моэрман (Arend Moerman) из Лейденского университета, Нидерланды, защитил свою магистерскую диссертацию на тему хаотических взаимодействий между тремя черными дырами. Это моделирование, которое он осуществил совместно с исследователями из Лейденского и Оксфордского университетов, показывает, что меньшие по массе черные дыры склонны гравитационно выталкивать друг друга в космос, в то время как более тяжелые черные дыры демонстрируют тенденцию к объединению.
Будучи магистрантом Лейденского университета, Аренд Моэрман провел целый год, изучая динамические взаимодействия и столкновения между тремя воображаемыми черными дырами. Взаимодействия между тремя телами, такими как звезды или планеты, или черные дыры, не могут быть описаны одной простой и элегантной формулой. Поэтому Моэрман использовал компьютер, который сначала делает прогноз на относительно небольшой период времени, а затем использует полученный результат, чтобы спрогнозировать более протяженные по времени события.
Этот компьютерный код представляет собой расширенную версию кода, использованного первым автором работы Тьярдой Бокхолтом (Tjarda Boekholt) из Оксфордского университета и соавтором Саймоном Портегиесом Цвартом (Simon Portegies Zwart) из Лейденского университета в 2020 г. и 2018 г. Этот новый, расширенный код учитывает Теорию относительности Эйнштейна. Теорию относительности особенно важно учитывать в случае тяжелых объектов, таких как черные дыры.
Исследователи меняли массы трех взаимодействующих черных дыр. Они начали с одной массы Солнца и довели массу каждого из моделируемых объектов до одного миллиарда масс нашего светила.
Значение примерно в 10 миллионов масс Солнца оказалось критическим. При расчете модели черные дыры массами менее примерно 10 миллионов масс нашей звезды в основном выталкивали друг друга в космос по механизму «гравитационной пращи». Черные дыры массами свыше приблизительно 10 миллионов масс Солнца демонстрировали тенденцию к слиянию. Сначала происходит объединение двух черных дыр. Потом к ним присоединяется третья. Объединение черных дыр происходит потому, что они теряют кинетическую энергию – и именно поэтому наблюдается излучение ими гравитационных волн.
«Работа Аренда, - сказал Саймон Портегиес Цварт. – Дала нам возможность по-новому понять механизм превращения черной дыры звездных масс в сверхмассивную черную дыру. При моделировании мы отметили, что, если черные дыры имеют достаточно большую массу, то их слияние происходит практически сразу, без продолжительных «гравитационных танцев» друг относительно друга».
Работа опубликована в журнале Physical Review D.