Математика поможет настроить будущий гравитационный детектор

Современные детекторы гравитационных волн не могут обнаружить события слияния двух черных дыр с различными массами. Новая математическая модель откроет такую возможность для исследовательских установок следующего поколения

Детекторы LIGO и Virgo произвели настоящий переворот в астрономии. Они позволили находить гравитационные сигналы от слияния черных дыр и нейтронных звезд. Однако наука не стоит на месте и исследователи стараются создать более совершенные установки, которые позволят детектировать более слабые и далекие события слияния. Одна из таких установок — LISA — будет запущена в 2034 году и сможет с высокой точностью фиксировать гравитационно-волновые сигналы без значительных помех.

Будущие космические детекторы будут сложнее тех, что имеются сейчас. Для обработки сигналов, которые они смогут зафиксировать, потребуется гораздо более мощные математические инструменты. Один из таких инструментов разработали астрономы из Рочестерского технологического института. Ученые создали модель, с помощью которой можно вычислить свойства слившихся черных дыр, включая массу конечного объекта и его скорость вращения, а также частоту, амплитуду и интенсивность гравитационных волн, которые получатся пи слиянии.

По словам исследователей, на данный момент детекторы позволяют наблюдать только слияния гравитационных волн с примерно равными массами, так как при таких событиях выделяется много энергии. Но немаловажными событиями остаются слияния черных дыр с различными массами. Пока исследователи не смогли зафиксировать сигнал ни от одного из таких слияний.

Авторы новой работы создали серию симуляций, показывающих, что происходит, когда черные дыры все более различающихся масс — до рекордного соотношения 128:1 — вращаются вокруг общего центра и сливаются. Модель поможет предсказать, какие характеристики будут иметь гравитационные волны, которые образуются при таком событии. Это, в свою очередь, поможет более точно настроить будущие гравитационно-волновые детекторы.