Jeśli chodzi o wiele tajemnic Wszechświata, specjalna kategoria jest zarezerwowana dla czarnych dziur. Ponieważ są niewidoczne gołym okiem, pozostają wyraźnie niewykryte, a naukowcy są zmuszeni polegać na „widzeniu” wpływu, jaki ich intensywna grawitacja wywiera na pobliskie gwiazdy i chmury gazowe, aby je zbadać.
To może się zmienić dzięki zespołowi z Cardiff University. Tutaj naukowcy dokonali przełomu, który może pomóc naukowcom odkryć setki czarnych dziur we Wszechświecie.
Naukowcy pod kierunkiem dr. Marka Hannama ze Szkoły Fizyki i Astronomii zbudowali model teoretyczny, którego celem jest przewidzenie wszystkich potencjalnych sygnałów fal grawitacyjnych, które mogą znaleźć naukowcy pracujący z detektorami laserowego interferometru Grawitacyjne Obserwatorium Fali (LIGO) .
Te detektory, które działają jak mikrofony, są zaprojektowane do wyszukiwania resztek kolizji czarnych dziur. Po włączeniu zespół z Cardiff ma nadzieję, że ich badania będą działały jak „przewodnik obserwatorów” i pomogą naukowcom wykryć delikatne fale zderzeń - znane jako fale grawitacyjne - które miały miejsce miliony lat temu.
Zespół Cardiff, złożony z badaczy z tytułem doktora, doktorantów i współpracowników z uniwersytetów w Europie i Stanach Zjednoczonych, będzie współpracował z naukowcami z całego świata, próbując odkryć pochodzenie Wszechświata.
„Szybkie wirowanie czarnych dziur spowoduje, że orbity będą się kołysać, tak jak ostatnie wahania obracającego się blatu, zanim spadnie” - powiedział Hannam. „Te wahania mogą sprawić, że czarne dziury wytyczają wokół siebie dzikie ścieżki, prowadząc do niezwykle skomplikowanych sygnałów fal grawitacyjnych. Nasz model ma na celu przewidywanie tego zachowania i pomoc naukowcom w znalezieniu sygnałów w danych detektora. ”
Już nowy model został zaprogramowany w kodach komputerowych, które naukowcy z LIGO na całym świecie przygotowują do użycia w poszukiwaniu połączeń czarnych dziur po włączeniu detektorów.
Dr Hannam dodał: „Czasami orbity tych wirujących czarnych dziur wyglądają na całkowicie splątane, jak kula sznurka. Ale jeśli wyobrażasz sobie wirowanie z czarnymi dziurami, wtedy wszystko wygląda o wiele wyraźniej, a my możemy zapisać równania opisujące, co się dzieje. To tak, jakby patrzeć, jak dziecko jedzie szybko w parku rozrywki, wirując, najwyraźniej machając rękami. Z linii bocznych nie można powiedzieć, co robią. Ale jeśli usiądziesz obok nich, mogą siedzieć idealnie nieruchomo, po prostu kciuki do góry. ”
Ale oczywiście pozostaje jeszcze wiele do zrobienia: „Jak dotąd uwzględnialiśmy tylko te efekty precesji, podczas gdy czarne dziury kręcą się ku sobie” - powiedział dr Hannam. „Nadal musimy pracować dokładnie tak, jak robią spiny, gdy zderzają się czarne dziury”.
W tym celu muszą wykonać duże symulacje komputerowe, aby rozwiązać równania Einsteina na chwilę przed i po zderzeniu. Muszą także wykonać wiele symulacji, aby uchwycić wystarczającą liczbę kombinacji mas czarnej dziury i kierunków obrotu, aby zrozumieć ogólne zachowanie tych skomplikowanych systemów.
Ponadto czas zespołu Cardiff jest nieco ograniczony. Po włączeniu detektorów będzie tylko kwestia czasu, zanim zostaną wykonane pierwsze wykrycia fal grawitacyjnych. Obliczenia, które opracowują dr Hannam i jego koledzy, będą musiały być przygotowane na czas, jeśli mają nadzieję na jak najlepsze ich wykorzystanie.
Ale dr Hannam jest optymistą. „Przez lata byliśmy zaskoczeni, jak rozwikłać ruch czarnej dziury” - powiedział. „Teraz, gdy to rozwiązaliśmy, wiemy, co dalej”.
