Kredit gambar: Penn State
Para saintis di Penn State telah mencapai tonggak baru dalam usaha memodelkan dua lubang hitam yang mengorbit, sebuah peristiwa yang diharapkan dapat memancarkan gelombang gravitasi yang kuat. "Kami telah menemui cara untuk membuat model secara numerik, untuk pertama kalinya, satu orbit dari dua lubang hitam yang memberi inspirasi," kata Bernd Bruegmann, Profesor Madya Fizik dan seorang penyelidik di Institut Peningkatan Fizik dan Geometri Penn State. Penyelidikan Bruegmann adalah sebahagian daripada usaha seluruh dunia untuk menangkap gelombang graviti pertama dalam tindakan melancarkan bumi.
Makalah yang menggambarkan simulasi ini akan diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters terbitan 28 Mei 2004. Makalah ini dikarang oleh Bruegmann dan dua sarjana pasca doktoral dalam kumpulannya di Penn State, Nina Jansen dan Wolfgang Tichy.
Lubang hitam dijelaskan oleh teori relativiti umum Einstein, yang memberikan gambaran yang tepat mengenai interaksi graviti. Walau bagaimanapun, persamaan Einstein adalah rumit dan sukar untuk diselesaikan walaupun secara berangka. Tambahan pula, lubang hitam menimbulkan masalah mereka sendiri. Di dalam setiap lubang hitam mengintai apa yang dikenali sebagai singulariti ruang-waktu. Apa-apa objek yang terlalu dekat akan ditarik ke pusat lubang hitam tanpa peluang untuk melarikan diri lagi, dan ia akan mengalami kekuatan graviti yang sangat besar yang merobeknya.
"Ketika kami memodelkan keadaan ekstrem ini di komputer, kami mendapati bahawa lubang hitam ingin melahap dan merobek grid angka yang kami gunakan untuk mendekati lubang hitam," kata Bruegmann. "Satu lubang hitam sudah sukar untuk dimodelkan, tetapi dua lubang hitam pada peringkat akhir inspirasi mereka jauh lebih sukar kerana dinamika teori Einstein yang sangat tidak linear." Simulasi komputer binari lubang hitam cenderung tidak stabil dan terhempas setelah waktu yang terbatas, yang biasanya lebih pendek daripada masa yang diperlukan untuk satu orbit.
"Teknik yang kami kembangkan didasarkan pada grid yang bergerak bersama dengan lubang hitam, meminimumkan pergerakan dan distorsi mereka, dan membeli kami cukup masa untuk mereka menyelesaikan satu orbit berputar di antara satu sama lain sebelum simulasi komputer terhempas," kata Bruegmann. Dia menawarkan analogi untuk menggambarkan strategi “co-moving grid”: “Jika anda berdiri di luar karusel dan anda ingin menonton satu orang, anda harus terus menggerakkan kepala anda untuk terus memerhatikannya ketika dia berputar. Tetapi jika anda berdiri di atas korsel, anda harus melihat ke satu arah sahaja kerana orang itu tidak lagi bergerak dalam hubungan dengan anda, walaupun anda berdua berpusing-pusing. "
Pembinaan grid bergerak bersama adalah inovasi penting dalam kerja Bruegmann. Walaupun bukan idea baru bagi ahli fizik, adalah satu cabaran untuk menjadikannya berfungsi dengan dua lubang hitam. Para penyelidik juga menambah mekanisme maklum balas untuk membuat penyesuaian secara dinamik ketika lubang hitam berkembang. Hasilnya adalah skema terperinci yang sebenarnya berfungsi untuk dua lubang hitam untuk kira-kira satu orbit gerakan berputar.
"Walaupun memodelkan interaksi lubang hitam dan gelombang graviti adalah projek yang sangat sukar, hasil Profesor Bruegmann memberikan gambaran yang baik tentang bagaimana kita akhirnya dapat berjaya dalam usaha simulasi ini," kata Richard Matzner, Profesor di University of Texas di Austin dan penyelidik utama bekas Aliansi Cabaran Besar Binary Black Hole National Foundation yang meletakkan banyak asas untuk relativiti berangka pada tahun 90-an.
Abhay Ashtekar, Profesor Fizik Eberly dan Pengarah Institut Fizik Graviti dan Geometri, menambahkan, "Simulasi kumpulan Profesor Bruegmann baru-baru ini adalah mercu tanda kerana membuka pintu untuk melakukan analisis berangka dari berbagai perlanggaran lubang hitam yang antara peristiwa paling menarik untuk astronomi gelombang graviti. "
Penyelidikan ini dibiayai oleh geran dari National Science Foundation termasuk satu ke Frontier Center for Gravitational Wave Physics yang ditubuhkan oleh National Science Foundation di Penn State Institute for Gravitational Physics and Geometry.
Sumber Asal: Siaran Berita Penn State
