“Het is een grote stap vooruit.”

In september 2015 werden voor het eerst zwaartekrachtgolven gedetecteerd door de Ligo-detector in de Verenigde Staten. Oorsprong: Botsende zwarte gaten. Sindsdien hebben onderzoekers geprobeerd deze rampen te modelleren. Een recente studie komt dichter dan ooit bij de waarheid van deze astrofysische gebeurtenissen.

In 2015 werden voor het eerst zwaartekrachtgolven gedetecteerd door de Ligo-interferometer in de Verenigde Staten. Sindsdien heeft het Ligo en Virgo (in Italië) geleid tot de ontdekking van bijna 100 samensmeltingen van zwarte gaten, een astrofysische catastrofe die de ruimte-tijd voldoende vervormt om zwaartekrachtgolven helemaal op ons af te sturen. Tegelijkertijd worden modellen steeds geavanceerder om met dit fenomeen rekening te houden.

Een nieuwe studie is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven en verkrijgbaar bij ArXiv Het verbeterde de computationele reproductie van samensmeltingen van zwarte gaten aanzienlijk. “Dit is een enorme stap voorwaarts om ons voor te bereiden op de volgende fase van detectie van zwaartekrachtgolven, die ons begrip van de zwaartekracht en deze verbazingwekkende verschijnselen die zich in de buitenste regionen van het universum voordoen, zal verdiepen.”Macarena Lagos zei in een verklaring communicatieMede-auteur van de studie. Hiervoor hielden de onderzoekers rekening met enkele niet-lineaire effecten, die tot op heden niet in de modellen zijn verwerkt.

In de simulaties wordt rekening gehouden met nieuwe niet-lineaire effecten

Meer precies, het team legde uit dat ze tweede-orde-effecten hebben toegevoegd aan de perturbatietheorie, die wordt gebruikt om botsingen van zwarte gaten te reproduceren. Ze beschrijven deze essentiële toevoegingen aan consumptiemodellering. Omdat zwaartekrachtgolven net als andere soorten golven kunnen worden gezien, vooral als golven! Het principe is hetzelfde: golven beïnvloeden elkaar, net als golven. Lineaire bijdragen houden geen rekening met deze interacties.

Niet-lineaire effecten zijn wat er gebeurt als golven op het strand komen en brekenverklaarde Keefe Mittman, eerste auteur van de studie en een afgestudeerde student aan Caltech. De golven werken op elkaar in en beïnvloeden elkaar in plaats van vanzelf af te rollen. Met zoiets gewelddadigs als een fusie van zwarte gaten hadden we deze effecten verwacht, maar we hebben ze nog niet in onze modellen gezien. Nieuwe methoden voor het extraheren van golfvormen uit onze simulaties hebben het mogelijk gemaakt om niet-lineariteit te zien. »

Ligo zal in staat zijn om één samensmelting van zwarte gaten per uur te detecteren

Volgens de auteurs zou dit nieuwe model tot 10% verbetering kunnen opleveren in de algehele nauwkeurigheid van modellen met zwarte gaten. “Supercomputers zijn nodig om het hele signaal nauwkeurig te berekenen: ronddraaiende zwarte gaten, ze samenvoegen en vastpinnen tot een enkel zwart gat dat in rust is gelaten, voegde Saul A. Teukolsky toe, co-auteur van de studie en een van de pioniers van computersimulaties van de vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie. Fixatiefase lineaire therapie was lang geleden het onderwerp van mijn proefschrift bij Kip. De nieuwe niet-lineaire behandeling van deze fase zal nauwkeurigere golfvormmodellering mogelijk maken en mogelijk nieuwe tests om te zien of de algemene relativiteitstheorie inderdaad de juiste zwaartekrachttheorie is voor zwarte gaten. »

En hun resultaten komen net op tijd, want het Ligo Observatorium zal binnenkort weer operationeel zijn, na drie jaar sluiting als gevolg van de Covid-19-pandemie! De gevoeligheid is verhoogd, zodat het in staat is om één samensmelting van zwarte gaten per uur te detecteren. “We bereiden ons voor op de tijd dat we onderzoekers van zwaartekrachtgolven zullen zijn, wanneer we dieper zullen graven om alles wat we kunnen over hun aard te begrijpen,” afgesloten in een Persbericht van de Universiteit van Columbia Leo C. Stein, co-auteur van de studie.