碰撞黑洞帶著引力波波紋穿越時空
來源：骨軟筋酥網
時間：2025-12-08 02:02:27
插圖兩個黑洞相互環繞，碰撞發出引力波。黑洞 (Image credit: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)
（神秘的引力地球uux.cn）據美國太空網（By Robert Lea）：當黑洞碰撞并合并形成更大質量的黑洞時，這一暴力過程會在空間結構中激起漣漪。波波一個新的紋穿模型表明，當這些引力波在時空中傳播時，碰撞它們是黑洞如何相互作用的，時空是引力由阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論推廣的空間和時間的統一。
通過更清晰地展示黑洞碰撞如何使時空“振鈴”，波波該模型可以表明地球上的紋穿科學家如何使用引力波探測器，如激光干涉儀引力波天文臺(LIGO)，碰撞了解更多關于發射它們的黑洞事件。LIGO在2015年首次探測到來自合并黑洞的引力引力波，該信號被命名為GW150914。波波
以前，紋穿當物理學家模擬黑洞合并和它們通過空間發送的引力波時，他們只是用線性數學來做，沒有考慮這些波在向外傳播時如何相互影響或相互作用。通過考慮這些相互作用，一組研究人員相信他們可以更詳細地模擬黑洞碰撞，揭示所謂的非線性效應，并在黑洞問題上檢驗廣義相對論。
這個由模擬極端時空(SXS)團隊創建的新超級計算機模型的關鍵是更詳細地模擬這些碰撞和引力波，以揭示這些非線性效應。
加州理工學院(CalTech)研究生、SXS團隊成員基夫·米特曼(Keefe Mitman)在一份聲明中說:“非線性效應是當海浪沖擊海灘時發生的。”“波浪相互作用，相互影響，而不是獨自前進。對于像黑洞合并這樣激烈的事情，我們預料到了這些影響，但直到現在才在我們的模型中看到它們。”
米特曼繼續補充說，SXS團隊從模擬中提取波形的新方法使人們有可能看到引力波傳播的非線性效應。
線性與非線性引力波模型
米特曼打了個比方來描述線性和非線性引力波模型的區別。
“想象有兩個人在蹦床上。如果他們輕輕地跳，他們不應該影響其他人那么多。這就是當我們說一個理論是線性的時候會發生的事情，”解釋說。“但如果一個人開始以更大的能量彈跳，那么蹦床就會扭曲，另一個人就會開始感受到他們的影響。
“這就是我們所說的非線性:蹦床上的兩個人因為對方的存在和影響而經歷新的振蕩。”
在新的模擬中，黑洞碰撞產生了新類型的波，米特曼說，在更大的引力波下挖得更深，會發現更多具有獨特頻率的新波。
插圖兩個黑洞相互環繞，發出引力波。(Image credit: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)
SXS團隊的創始人是加州理工學院和康乃爾大學的理論天體物理學教授索爾·特考斯基·羅賓遜。他也是第一個掌握如何使用廣義相對論方程來模擬黑洞碰撞階段的人，這一階段被稱為“振鈴”，它發生在兩個天體碰撞并合并之后，引力波在這一點上達到最高振幅。
“需要超級計算機來對整個信號進行精確的計算:兩個軌道運行的黑洞的本質，它們的合并，以及沉降到一個單一的靜態殘余黑洞，”Teukolsky說。“對這一階段的新的非線性處理將允許對波進行更精確的建模，并最終對廣義相對論是否是黑洞的正確引力理論進行新的測試。”
SXS團隊希望這些發現將為下一代引力波探測奠定基礎，這將加深我們對這一現象的理解，這一現象首次預測于1915年，但100年后才被探測到，以及對重力的理解。
該團隊的研究記錄在論文資源庫ArXiv上的一篇論文中，并發表在2月21日的《物理評論快報》雜志上。
