Kredit gambar: Penn State
Para ilmuwan di Penn State telah mencapai tonggak baru dalam upaya memodelkan dua lubang hitam yang mengorbit, sebuah peristiwa yang diperkirakan akan memunculkan gelombang gravitasi yang kuat. “Kami telah menemukan cara untuk memodelkan secara numerik, untuk pertama kalinya, satu orbit dari dua lubang hitam yang menginspirasi,” kata Bernd Bruegmann, Associate Professor Fisika dan seorang peneliti di Institut Fisika Gravitasi dan Geometri Institut Penn State. Penelitian Bruegmann adalah bagian dari upaya di seluruh dunia untuk menangkap gelombang gravitasi pertama dalam tindakan berguling di Bumi.
Sebuah makalah yang menggambarkan simulasi ini akan diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters edisi 28 Mei 2004. Makalah ini ditulis oleh Bruegmann dan dua sarjana postdoctoral dalam kelompoknya di Penn State, Nina Jansen dan Wolfgang Tichy.
Lubang hitam dijelaskan oleh teori relativitas umum Einstein, yang memberikan deskripsi yang sangat akurat tentang interaksi gravitasi. Namun, persamaan Einstein rumit dan terkenal sulit untuk diselesaikan bahkan secara numerik. Lebih jauh, black hole menimbulkan masalah mereka sendiri. Di dalam setiap lubang hitam mengintai apa yang dikenal sebagai singularitas ruang-waktu. Setiap benda yang terlalu dekat akan ditarik ke pusat lubang hitam tanpa ada peluang untuk melarikan diri lagi, dan ia akan mengalami gaya gravitasi yang sangat besar yang merobeknya terpisah.
"Ketika kami memodelkan kondisi ekstrem ini di komputer, kami menemukan bahwa lubang hitam ingin melahap dan menghancurkan kisi-kisi numerik poin yang kami gunakan untuk memperkirakan lubang hitam," kata Bruegmann. "Sebuah lubang hitam tunggal sudah sulit untuk dimodelkan, tetapi dua lubang hitam pada tahap akhir inspirasi mereka jauh lebih sulit karena dinamika teori Einstein yang sangat tidak linier." Simulasi komputer dari binari lubang hitam cenderung tidak stabil dan hancur setelah waktu yang terbatas, yang sebelumnya secara signifikan lebih pendek daripada waktu yang diperlukan untuk satu orbit.
"Teknik yang kami kembangkan didasarkan pada kisi yang bergerak bersama dengan lubang hitam, meminimalkan gerakan dan distorsi mereka, dan memberi kami cukup waktu bagi mereka untuk menyelesaikan satu orbit berputar satu sama lain sebelum simulasi komputer crash," kata Bruegmann. Dia menawarkan analogi untuk menggambarkan strategi “co-moving grid”: “Jika Anda berdiri di luar korsel dan ingin menonton satu orang, Anda harus terus menggerakkan kepala untuk terus mengawasinya saat ia berputar. Tetapi jika Anda berdiri di atas korsel, Anda harus melihat ke satu arah saja karena orang itu tidak lagi bergerak dalam hubungannya dengan Anda, meskipun Anda berdua berputar-putar. "
Konstruksi grid bergerak bersama adalah inovasi penting dari karya Bruegmann. Meskipun bukan ide baru bagi fisikawan, ini merupakan tantangan untuk membuatnya bekerja dengan dua lubang hitam. Para peneliti juga menambahkan mekanisme umpan balik untuk membuat penyesuaian secara dinamis saat lubang hitam berevolusi. Hasilnya adalah skema rumit yang benar-benar bekerja untuk dua lubang hitam untuk sekitar satu orbit gerakan spiral.
"Sementara memodelkan interaksi lubang hitam dan gelombang gravitasi adalah proyek yang sangat sulit, hasil Profesor Bruegmann memberikan pandangan yang baik tentang bagaimana kita akhirnya bisa berhasil dalam upaya simulasi ini," kata Richard Matzner, Profesor di University of Texas di Austin dan peneliti utama dari mantan Aliansi Tantangan Binary Lubang Hitam National Science Foundation yang meletakkan banyak dasar untuk relativitas numerik di tahun 90-an.
Abhay Ashtekar, Profesor Fisika Eberly dan Direktur Institut Fisika Gravitasi dan Geometri, menambahkan, “Simulasi terbaru dari kelompok Profesor Bruegmann adalah sebuah tengara karena membuka pintu untuk melakukan analisis numerik dari berbagai tabrakan lubang hitam yang termasuk di antaranya. peristiwa paling menarik untuk astronomi gelombang gravitasi. "
Penelitian ini didanai oleh hibah dari National Science Foundation termasuk satu ke Frontier Center untuk Fisika Gelombang Gravitasi yang didirikan oleh National Science Foundation di Penn State Institute untuk Fisika Gravitasi dan Geometri.
Sumber Asli: Penn State News Release
