Слияния чёрных дыр смоделировали с помощью уравнений электродинамики

Исследователи из Калифорнийского технологического института разработали новый подход к изучению гравитационных волн, возникающих при слиянии чёрных дыр и других столкновениях в пространстве-времени. Вместо традиционных уравнений общей теории относительности они использовали уравнения Максвелла, обычно применяемые для описания электромагнитных явлений.

Вращающаяся чёрная дыра с гравитационными электрическим (сверху) и магнитным (снизу) полями. Автор: Boyeneni, Wu & Most.

Гравитационные волны, впервые непосредственно зафиксированные в 2015 году, возникают при ускорении массивных объектов, таких как сливающиеся чёрные дыры. В сильных гравитационных полях, характерных для таких событий, гравитация становится нелинейной, что затрудняет её изучение.

«Наше исследование было вдохновлено двумя вещами», — рассказал Phys.org Элиас Р. Мост, ведущий автор работы. — «С одной стороны, мы интенсивно работали с обычными электрическими и магнитными полями вокруг чёрных дыр, а с другой — гравитация всегда оставалась довольно загадочной, особенно в плане визуализации».

Излучение гравитационных волн в системе двойной чёрной дыры, визуализированное с помощью электрических и магнитных полей. Автор: Boyeneni, Wu & Most.

Учёные разработали методику переинтерпретации данных существующих симуляций гравитационных явлений в терминах электродинамики. Это позволило вычислить гравитационные «электрические» и «магнитные» поля и показать, что общую теорию относительности действительно можно изучать с помощью уравнений, описывающих электромагнетизм.

«Наша работа уже научила нас переинтерпретировать траектории частиц и искривлённое пространство», — сказал Мост. — «Она также помогла прояснить возникновение нелинейности, где доминирует сильная гравитация».

В будущем этот подход может открыть новые возможности для проверки различных аспектов общей теории относительности. В ближайших планах исследователей — изучение турбулентоподобных аспектов гравитационных волн, которые могут взаимодействовать друг с другом подобно атмосферной турбулентности.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.