Quando você compra links em nossos artigos, o Future e seus parceiros de sindicação podem ganhar uma comissão.
A ilustração de um artista de dois buracos negros em espiral, criando ondas gravitacionais no processo. | Crédito: NASA
Os cientistas fizeram as previsões mais precisas dos distúrbios espaciais indescritíveis causados quando dois buracos negros passam de perto.
As novas descobertas, publicado Quarta-feira (14 de maio) na revista Nature, mostre que os conceitos matemáticos abstratos da física teórica têm uso prático na modelagem de ondulações espaciais, abrindo caminho para modelos mais precisos para interpretar dados observacionais.
Ondas gravitacionais são distorções no tecido do espaço-tempo causado pelo movimento de objetos maciços como buracos negros ou estrelas de nêutrons. Previsto pela primeira vez em Albert Einstein teoria da relatividade geral Em 1915, eles eram detectado diretamente Pela primeira vez, um século depois, em 2015. Desde então, essas ondas se tornaram uma poderosa ferramenta de observação para os astrônomos que investigam alguns dos eventos mais violentos e enigmáticos do universo.
Essa visualização mostra a energia transportada por ondas gravitacionais emitidas à medida que dois buracos negros passam um ao outro. Os cientistas calcularam essa energia com precisão sem precedentes usando funções matemáticas avançadas conhecidas como períodos Calabi -Yau, abrindo caminho para modelos de ondas gravitacionais mais precisas. | Crédito: Mathias Driesse/Humboldt Universtität Zu Berlin
Para entender os sinais captados por detectores sensíveis como LIGO (O observatório de ondas gravitacionais do interferômetro a laser) e Virgem, os cientistas precisam de modelos extremamente precisos de como essas ondas devem ser, semelhantes em espírito à previsão clima espacial. Até agora, os pesquisadores confiaram em supercomputadores poderosos para simular interações de buracos negros que requerem refino de trajetórias de buracos negros passo a passo, um processo que é eficaz, mas lento e computacionalmente caro.
Agora, uma equipe liderada por Mathias Driesse, da Universidade Humboldt, em Berlim, adotou uma abordagem diferente. Em vez de estudar fusões, os pesquisadores se concentraram em “eventos de dispersão” – instâncias em que dois buracos negros se aproximam um do outro sob sua atração gravitacional mútua e continuam em caminhos separados sem se fundir. Esses encontros geram fortes sinais de ondas gravitacionais enquanto os buracos negros se aceleram.
Para modelar esses eventos com precisão, a equipe se voltou para Teoria do campo quânticoque é um ramo da física normalmente usado para descrever as interações entre partículas elementares. Começando com aproximações simples e complexidade sistematicamente em camadas, os pesquisadores calcularam os principais resultados dos flybys do buraco negro: quanto eles são desviados, quanta energia é irradiada como ondas gravitacionais e quanto os gigantes recuam após a interação.
Seu trabalho incorporou cinco níveis de complexidade, alcançando o que os físicos chamam de quinta ordem pós-pós-pinkowskiana-o mais alto nível de precisão já alcançado na modelagem dessas interações.
Atingir esse nível “é sem precedentes e representa a solução mais precisa para as equações de Einstein produzidas até o momento”, disse Gustav Mogull, físico de partículas da Queen Mary University of London e co-autor do estudo, Space.com.
A reação da equipe a alcançar a precisão histórica foi “principalmente surpresa que conseguimos fazer o trabalho”, lembrou Mogull.
Histórias relacionadas:
– Qual é a teoria da relatividade geral? Entendendo a revolução espacial de Einstein
– O que são ondas gravitacionais?
Ao calcular a energia irradiada como ondas gravitacionais, os pesquisadores descobriram que as complexas formas seis dimensionais conhecidas como coletores de Calabi-Yau apareceram nas equações. Essas estruturas geométricas abstratas-frequentemente visualizadas como análogos de alta dimensão de superfícies semelhantes a donuts-têm sido um item básico de teoria das cordasuma estrutura tentando unificar mecânica quântica com gravidade. Até agora, acreditava -se que eles eram construções puramente matemáticas, sem papel diretamente testável vinculado a fenômenos observáveis.
No novo estudo, no entanto, essas formas apareceram em cálculos que descrevem a energia irradiada como ondas gravitacionais quando dois buracos negros passaram um pelo outro. Isso marca a primeira vez que eles apareceram em um contexto que poderia, em princípio, ser testado através de experimentos do mundo real.
O Mogull compara seu surgimento à mudança de uma lupa para um microscópio, revelando recursos e padrões anteriormente indetectáveis. “A aparência de tais estruturas lança uma nova luz sobre os tipos de objetos matemáticos dos quais a natureza é construída”, disse ele.
Espera -se que esses achados aprimorem significativamente os futuros modelos teóricos que visam prever assinaturas de ondas gravitacionais. Tais melhorias serão cruciais como detectores de ondas gravitacionais de próxima geração-incluindo o planejado Antena espacial de interferômetro a laser (Lisa) e o telescópio de Einstein na Europa – ficam on -line nos próximos anos.
“A melhoria da precisão é necessária para acompanhar a maior precisão prevista desses detectores”, disse Mogull.