Ученые решили фундаментальные уравнения, описывающие слияние черных дыр

Новое исследование, проведенное астрофизиком из Техасского университета в Далласе, США, позволяет глубже понять самые высокоэнергетические события во Вселенной — слияния двух черных дыр (ЧД).

В новой научной работе, проведенной доктором Майклом Кесденом, ассистент-профессором кафедры физики Техасского университета в Далласе, и его коллегами, ученые впервые нашли решения известных науке в течение нескольких десятилетий уравнений, описывающих условия, при которых две ЧД, составляющие двойную систему, обращаются по общей орбите, радиус которой постепенно уменьшается вплоть до их столкновения.

Кесден сказал, что найденные решения уравнений могут помочь не только при изучении ЧД, но также сыграют большую роль в поисках гравитационных волн в космосе. Согласно предсказаниям, сделанным Альбертом Эйнштейном в рамках его общей теории относительности, два массивных объекта, обращающихся относительно друг друга в двойной системе, должны со временем сближаться, а высвобождаемая при таком сближении энергия — выделяться в форме особого излучения, называемого гравитационными волнами.

«Заряд, движущийся с ускорением, например, электрон, испускает электромагнитные волны, включая волны оптического диапазона. Аналогично, всякий раз, когда мы имеем массу, движущуюся с ускорением, мы можем наблюдать гравитационные волны», — объяснил Кесден.

Хотя существование гравитационных волн предсказывается теорией Эйнштейна, но оно до сих пор ни разу не было подтверждено наблюдениями. Однако наблюдение гравитационных волн откроет перед исследователями широкие возможности, связанные с изучением нашей Вселенной.

Уравнения, разрешенные учеными в их новой работе, описывают направления моментов количества движения в системе, состоящей из двух ЧД. Необходимость рассчитывать направления этих моментов возникает вследствие того, что при обращении двух ЧД относительно друг друга орбитальный угловой момент всей системы и угловые моменты собственного вращения каждой из двух составляющих её ЧД непрерывно меняют направление, то есть прецессируют. Полученные исследователями решения этих уравнений позволят создать компьютерные модели, воссоздающие ход эволюции ЧД на протяжении миллиардов лет.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.