Po zderzeniu dwóch galaktyk proces łączenia ich centralnych czarnych dziur prowadzi do emisji fal grawitacyjnych. Międzynarodowy zespół badaczy obliczył teraz, że do emisji pierwszych fal grawitacyjnych dochodzi około 10 milionów lat po połączeniu obu galaktyk – dużo szybciej niż dotychczas uważano.
Już 100 lat temu w ramach swojej Ogólnej Teorii Względności Albert Einstein przewidział istnienie fal grawitacyjnych; w tym roku udało się je zaobserwować bezpośrednio. Amerykańskie obserwatorium fal grawitacyjnych LIGO wykryło fale grawitacyjne wyemitowane w wyniku połączenia dwóch masywnych czarnych dziur. Badania nad falami grawitacyjnymi – a tym samym nad początkiem Wszechświata – wciąż trwają: od 2034 roku w ramach misji eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna) realizowanego przez ESA w przestrzeń kosmiczną wysyłane będą kolejno trzy satelity, które będą zdolne wykrywać fale grawitacyjne o jeszcze niższej częstotliwości.
Jak dotąd naukowcy nie byli w stanie ostatecznie przewidzieć momentu, w którym emitowane są fale grawitacyjne podczas procesu łączenia dwóch galaktyk. Międzynarodowy zespół astrofizyków z Uniwersytetu w Zurychu, Instytutu Technologii Kosmicznych w Islamabadzie, Uniwersytetu w Heidelbergu oraz Chińskiej Akademii Nauk ogłosił właśnie, że przy wykorzystaniu obszernych symulacji uzyskał odpowiedź na to pytanie.
Każda masywna galaktyka posiada w swoim centrum supermasywną czarną dziurę, której masa może sięgać nawet kilku miliardom mas Słońca. W ramach realistycznej symulacji Wszechświata zbadano proces łączenia dwóch leżących blisko siebie galaktyk w wieku ok. 3 miliardów lat. Przy pomocy superkomputerów naukowcy obliczyli czas, który musi upłynąć od połączenia dwóch galaktyk do tego, aby dwie centralne czarne dziury o masie ok. 100 milionów mas Słońca wyemitowały silne fale grawitacyjne.
„Wyniki są zaskakujące,” tłumaczy Lucio Mayer z Instytutu Nauk Obliczeniowych z Uniwersytetu w Zurychu: „Połączenie dwóch czarnych dziur doprowadziło do emisji fal grawitacyjnych już po 10 milionach lat – prawie 100 razy szybciej niż zakładaliśmy.”
Symulacje komputerowe, których przeprowadzenie zajęło ponad rok, prowadzono w Chinach, Zurychu i Heidelbergu. Projekt badawczy wymagał zastosowania innowacyjnego podejścia obliczeniowego z wykorzystaniem różnych kodów numerycznych analizowanych na różnych superkomputerach. W toku badań każdy superkomputer odpowiedzialny był za obliczanie innej fazy łączenia dwóch masywnych czarnych dziur i ich galaktyk macierzystych.
W porównaniu do wcześniejszych modeli, w najnowszych symulacjach uwzględniono stosunek między orbitami centralnych czarnych dziur a realistyczną struktur ich galaktyk macierzystych. „Nasze obliczenia dzięki temu pozwolą na przewidywanie tempa łączeń supermasywnych czarnych dziur na wczesnym etapie rozwoju Wszechświata,” tłumaczy Mayer. „Dzięki temu będziemy w stanie ocenić fale grawitacyjne, które w najbliższej przyszłości będą odkrywane przez obserwatorium eLISA.”
Źródło: Uniwersytet w Zurychu