Credito d'immagine: Penn State
Gli scienziati di Penn State hanno raggiunto un nuovo traguardo nello sforzo di modellare due buchi neri in orbita, un evento che dovrebbe generare forti onde gravitazionali. "Abbiamo scoperto un modo per modellare numericamente, per la prima volta, un'orbita di due buchi neri stimolanti", afferma Bernd Bruegmann, professore associato di fisica e ricercatore presso l'Istituto di fisica e geometria gravitazionale di Penn State. La ricerca di Bruegmann fa parte di uno sforzo mondiale per catturare la prima onda di gravità nell'atto di rotolare sulla Terra.
Un articolo che descrive queste simulazioni sarà pubblicato nel numero del 28 maggio 2004 della rivista Physical Review Letters. L'articolo è stato scritto da Bruegmann e due studiosi post dottorato nel suo gruppo a Penn State, Nina Jansen e Wolfgang Tichy.
I buchi neri sono descritti dalla teoria della relatività generale di Einstein, che fornisce una descrizione molto accurata dell'interazione gravitazionale. Tuttavia, le equazioni di Einstein sono complicate e notoriamente difficili da risolvere anche numericamente. Inoltre, i buchi neri pongono i propri problemi. All'interno di ogni buco nero si nasconde quella che è nota come singolarità spazio-temporale. Qualsiasi oggetto che si avvicina troppo verrà tirato al centro del buco nero senza alcuna possibilità di fuggire di nuovo, e sperimenterà enormi forze gravitazionali che lo lacerano.
"Quando modelliamo queste condizioni estreme sul computer, scopriamo che i buchi neri vogliono divorare e fare a pezzi la griglia numerica di punti che usiamo per approssimare i buchi neri", afferma Bruegmann. "Un singolo buco nero è già difficile da modellare, ma due buchi neri nelle fasi finali della loro ispirazione sono enormemente più difficili a causa della dinamica altamente non lineare della teoria di Einstein." Le simulazioni al computer dei binari dei buchi neri tendono a diventare instabili e si bloccano dopo un tempo finito, che era significativamente più breve del tempo richiesto per un'orbita.
"La tecnica che abbiamo sviluppato si basa su una griglia che si muove insieme ai buchi neri, riducendone al minimo il movimento e la distorsione e acquistandoci abbastanza tempo per completare un'orbita a spirale l'una attorno all'altra prima che la simulazione al computer si blocchi", afferma Bruegmann. Offre un'analogia per illustrare la strategia della "griglia in movimento": "Se stai in piedi fuori da una giostra e vuoi guardare una persona, devi continuare a muovere la testa per continuare a guardarlo mentre gira. Ma se stai in piedi sulla giostra, devi guardare solo in una direzione perché quella persona non si muove più in relazione a te, sebbene entrambi giriate in tondo ”.
La costruzione di una griglia mobile è un'importante innovazione del lavoro di Bruegmann. Sebbene non sia una nuova idea per i fisici, è una sfida farlo funzionare con due buchi neri. I ricercatori hanno anche aggiunto un meccanismo di feedback per apportare modifiche dinamiche man mano che i buchi neri si evolvono. Il risultato è uno schema elaborato che funziona effettivamente per due buchi neri per circa un'orbita del movimento a spirale.
"Mentre modellare le interazioni con i buchi neri e le onde gravitazionali è un progetto molto difficile, il risultato del professor Bruegmann offre una buona visione di come potremo finalmente riuscire in questo sforzo di simulazione", afferma Richard Matzner, professore all'Università del Texas ad Austin e ricercatore principale di l'ex Grand Challenge Alliance Binary Black Hole della National Science Foundation che ha gettato gran parte delle basi per la relatività numerica negli anni '90.
Abhay Ashtekar, Eberly professore di fisica e direttore dell'Institute for Gravitational Physics and Geometry, aggiunge: “La recente simulazione del gruppo del professor Bruegmann è un punto di riferimento perché apre le porte all'esecuzione di analisi numeriche di una varietà di collisioni tra buchi neri che sono tra gli eventi più interessanti per l'astronomia delle onde gravitazionali ".
Questa ricerca è stata finanziata da sovvenzioni della National Science Foundation, inclusa una per il Frontier Center for Gravitational Wave Physics istituito dalla National Science Foundation nel Penn State Institute for Gravitational Physics and Geometry.
Fonte originale: Comunicato stampa Penn State
