Warped Space-Time Around Black Holes Visualized

{h1}

Forskare får en bättre titt på spridningen av rymdtid när två svarta hål kolliderar.

För första gången har fysiker visualiserat vad som händer under kollisionen av två svarta hål, vilket ger insikt i vilken en forskare kallar rymd och tidens "stormiga beteende" under en sådan sammanslagning.

Resultaten kan hjälpa forskare att tolka gravitationssignaler från rymden för att rekonstruera de kosmiska händelserna som skapade dem, säger studieforskaren Kip Thorne, en teoretisk fysiker vid California Institute of Technology. Studien öppnar också ett nytt sätt att förstå svarta hål, gravitation och kosmologi.

"Det är som om vi bara hade sett havets yta på en lugn dag", berättade Thorne för WordsSideKick.com. "Vi hade aldrig sett havet i en storm, vi hade aldrig sett en brytvåg, vi hade aldrig sett vattensprutor... Vi har aldrig tidigare förstått hur förvrängd tid och rum bete sig i en storm."

Två spiralformade vortexer (gul) av virvlande utrymme som sticker ut ur ett svart hål och virvellinjerna (röda kurvor) som bildar virvelerna.

Två spiralformade vortexer (gul) av virvlande utrymme som sticker ut ur ett svart hål och virvellinjerna (röda kurvor) som bildar virvelerna.

Kredit: Caltech / Cornell SXS Collaboration

Här är hur svarta hål och rymdtid är kopplade: Teorin om generell relativitet, som föreslagits av Albert Einstein 1915, beskriver hur gravitation påverkar väldigt enorma, stora saker som svarta hål och universum i sig. Enligt denna teori försvårar gravitationen faktiskt rymdtidens tyg på ett sådant sätt att massiva föremål böjer universum (tänk en Sumo-brottare på en mjuk matta) så att objekt inte kan hjälpa men att falla mot dem. Även tiden kan böjas av gravitation, teorin går.

Vortex och tendex

Med andra ord hade forskare ett bra handtag på krafterna som skapades av ett tyst spinnande svart hål. De kunde också simulera resultaten av svarta hålkollisioner för att se vilken typ av gravitationsvågor kollisionerna skapar. "Vad vi inte kunde göra är att gå ner och titta på själva fusionen", sa Thorne. [Se en video av de svarta hålkollisionerna]

För att visualisera en svart hålfusion, använde forskarna två begrepp, en gammal och en ny: virvellinjer och tendexlinjer. Dessa linjer är ekvivalenta med de linjer som dras för att representera magnetfält, säger studieförfattaren Robert Owen, en postdoktoral forskare i astronomi vid Cornell University.

Vortexlinjer representerar en vridkraft i rymdtid. Om du skulle falla i en virvellinje, skulle din kropp vara vriden som en våt skålhandduk, sade Owen. Tendex-linjer, som är ett nytt koncept, representerar en sträcknings- eller klämkraft. [Visualisering av virvellinjer]

"Tendex är faktiskt ett ord som vi var tvungna att uppfinna eftersom det inte fanns före detta," sade Owen.

Med hjälp av superdatorer skapade forskarna simuleringar av virvel och tendex-linjer som skulle skapas när svarta hål smälter samman. Mönstren varierar beroende på hur fusionen händer, sa Thorne. Till exempel utskjuter en head-on-kollision av två svarta hål donutformade virveler från fusionen. Två svarta hål som spirer in i varandra skapar ett helt annat arrangemang.

Två munkformade virveler utstötas av ett pulserande svart hål. Också i mitten visas två röda och två blåa vortexlinjer fästade i hålet, som kommer att sprutas ut (som en ringen) som en tredje dunformad virvel i nästa pulsering.

Två munkformade virveler utstötas av ett pulserande svart hål. Också i mitten visas två röda och två blåa vortexlinjer fästade i hålet, som kommer att sprutas ut (som en ringen) som en tredje dunformad virvel i nästa pulsering.

Kredit: Caltech / Cornell SXS Collaboration

"Här ser vi vortexar som sticker ut ur det sammanslagna svarta hålet som svänger runt det sammanslagna svarta hålet som galaxens spiralarmar eller som sprutar ut ur ett roterande sprinklerhuvud", sa Thorne.

I en annan simulering av spinnande svarta hål som kretsar in i varandra, svängde virvelerna in i varandra, sa Thorne.

Spårar källan

Forskarna arbetar på tre uppföljningsstudier för att utforska detaljerna i den aktuella dynamiken, sade Owen. Han sa att forskargruppen förväntar sig att tendex och vortex kommer att användas för att undersöka många situationer där gravitationskrafterna är mycket starka, inklusive strax efter storvärlden som kan ha skapat universum för 13,7 miljarder år sedan.

Huruvida några värdefulla insikter kommer att komma ut ur den nya visualiseringsmetoden har ännu inte sett, University of Texas, Brownsville och Southmost Texas College fysiker Richard Price berättade WordsSideKick.com. Men metoden har mer potential än någon annan metod som han känner till, sa Price.

"Mitt första intryck [på hörsel om forskningen] var" Ja. Det kan fungera ", säger Price, som inte var inblandad i studien.

"Du kan inte beräkna allt, du måste veta var du ska leta," Pris lagt till. "Och därför måste du ha möjlighet att visualisera."

Resultaten kan också hjälpa forskare att förstå resultaten från Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, eller LIGO, ett instrument som upptäcker gravitationsvågor från rymden. Innan visste forskare tillräckligt om svarta hålkollisioner för att ta reda på vilka slags vågor LIGO ska leta efter, sa Thorne. Nu kan forskare börja tolka de här vågorna när de kommer in.

"Vi vill kunna titta på vågformarnas former och kunna gå tillbaka och säga vad som hände för att producera vågorna," sa Thorne.

Du kan följa WordsSideKick.com senior författare Stephanie Pappas på Twitter @sipappas.


Video Tillägg: How Do Black Holes Warp Space?.




Forskning


Jordbävning Rattles Chile
Jordbävning Rattles Chile

Florida Förklarar Nödsituation Som Red Tide Blooms
Florida Förklarar Nödsituation Som Red Tide Blooms

Science News


Förhindrar Omskärande Hiv?
Förhindrar Omskärande Hiv?

Finns Det En Gen För Varje Sjukdom?
Finns Det En Gen För Varje Sjukdom?

Speciella Vågna Nerver Hjälp Valar Ta Stor Gulps Utan Smärta
Speciella Vågna Nerver Hjälp Valar Ta Stor Gulps Utan Smärta

Vetenskapen Om Essentiella Oljor: Användar Dofter?
Vetenskapen Om Essentiella Oljor: Användar Dofter?

Råtta Gift-Laced Synthetic Pot Gjorde Människor Blöda. Så Här Behandlade Läkare Dem.
Råtta Gift-Laced Synthetic Pot Gjorde Människor Blöda. Så Här Behandlade Läkare Dem.


SV.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Av Material Tillåts Bara Prostanovkoy Aktiv Länk Till Webbplatsen SV.WordsSideKick.com

© 2005–2019 SV.WordsSideKick.com