碰撞黑洞带着引力波波纹穿越时空

　　插图两个黑洞相互环绕，发出引力波。 (Image credit: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)

　　据美国太空网（By Robert Lea）：当黑洞碰撞并合并形成更大质量的黑洞时，这一暴力过程会在空间结构中激起涟漪。一个新的模型表明，当这些引力波在时空中传播时，它们是如何相互作用的，时空是由阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论推广的空间和时间的统一。

　　通过更清晰地展示黑洞碰撞如何使时空“振铃”，该模型可以表明地球上的科学家如何使用引力波探测器，如激光干涉仪引力波天文台(LIGO)，了解更多关于发射它们的事件。LIGO在2015年首次探测到来自合并黑洞的引力波，该信号被命名为GW150914。

　　以前，当物理学家模拟黑洞合并和它们通过空间发送的引力波时，他们只是用线性数学来做，没有考虑这些波在向外传播时如何相互影响或相互作用。通过考虑这些相互作用，一组研究人员相信他们可以更详细地模拟黑洞碰撞，揭示所谓的非线性效应，并在黑洞问题上检验广义相对论。

　　这个由模拟极端时空(SXS)团队创建的新超级计算机模型的关键是更详细地模拟这些碰撞和引力波，以揭示这些非线性效应。

　　加州理工学院(CalTech)研究生、SXS团队成员基夫·米特曼(Keefe Mitman)在一份声明中说:“非线性效应是当海浪冲击海滩时发生的。”“波浪相互作用，相互影响，而不是独自前进。对于像黑洞合并这样激烈的事情，我们预料到了这些影响，但直到现在才在我们的模型中看到它们。”

　　米特曼继续补充说，SXS团队从模拟中提取波形的新方法使人们有可能看到引力波传播的非线性效应。

　　线性与非线性引力波模型

　　米特曼打了个比方来描述线性和非线性引力波模型的区别。

　　“想象有两个人在蹦床上。如果他们轻轻地跳，他们不应该影响其他人那么多。这就是当我们说一个理论是线性的时候会发生的事情，”解释说。“但如果一个人开始以更大的能量弹跳，那么蹦床就会扭曲，另一个人就会开始感受到他们的影响。

　　“这就是我们所说的非线性:蹦床上的两个人因为对方的存在和影响而经历新的振荡。”

　　在新的模拟中，黑洞碰撞产生了新类型的波，米特曼说，在更大的引力波下挖得更深，会发现更多具有独特频率的新波。

　　插图两个黑洞相互环绕，发出引力波。(Image credit: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)

　　SXS团队的创始人是加州理工学院和康乃尔大学的理论天体物理学教授索尔·特考斯基·罗宾逊。他也是第一个掌握如何使用广义相对论方程来模拟黑洞碰撞阶段的人，这一阶段被称为“振铃”，它发生在两个天体碰撞并合并之后，引力波在这一点上达到最高振幅。

　　“需要超级计算机来对整个信号进行精确的计算:两个轨道运行的黑洞的本质，它们的合并，以及沉降到一个单一的静态残余黑洞，”Teukolsky说。“对这一阶段的新的非线性处理将允许对波进行更精确的建模，并最终对广义相对论是否是黑洞的正确引力理论进行新的测试。”

　　SXS团队希望这些发现将为下一代引力波探测奠定基础，这将加深我们对这一现象的理解，这一现象首次预测于1915年，但100年后才被探测到，以及对重力的理解。

　　该团队的研究记录在论文资源库ArXiv上的一篇论文中，并发表在2月21日的《物理评论快报》杂志上。