Crédito da imagem: Penn State
Cientistas da Penn State alcançaram um novo marco no esforço de modelar dois buracos negros em órbita, um evento que deve gerar fortes ondas gravitacionais. "Descobrimos uma maneira de modelar numericamente, pela primeira vez, uma órbita de dois buracos negros inspiradores", diz Bernd Bruegmann, professor associado de física e pesquisador do Instituto de Física Gravitacional e Geometria da Penn State. A pesquisa de Bruegmann é parte de um esforço mundial para capturar a primeira onda de gravidade no ato de rolar sobre a Terra.
Um artigo descrevendo essas simulações será publicado na edição de 28 de maio de 2004 da revista Physical Review Letters. O artigo é de autoria de Bruegmann e dois acadêmicos de pós-doutorado em seu grupo na Penn State, Nina Jansen e Wolfgang Tichy.
Os buracos negros são descritos pela teoria da relatividade geral de Einstein, que fornece uma descrição altamente precisa da interação gravitacional. No entanto, as equações de Einstein são complicadas e notoriamente difíceis de resolver, mesmo numericamente. Além disso, os buracos negros apresentam seus próprios problemas. Dentro de cada buraco negro se esconde o que é conhecido como singularidade espaço-temporal. Qualquer objeto que se aproxime demais será puxado para o centro do buraco negro sem chance de escapar novamente, e experimentará enormes forças gravitacionais que o destruirão.
“Quando modelamos essas condições extremas no computador, descobrimos que os buracos negros desejam devorar e separar a grade numérica de pontos que usamos para aproximar os buracos negros”, diz Bruegmann. "Um único buraco negro já é difícil de modelar, mas dois buracos negros nos estágios finais de sua inspiração são muito mais difíceis devido à dinâmica altamente não linear da teoria de Einstein." Simulações em computador de binários de buracos negros tendem a ficar instáveis e falhar após um tempo finito, que costumava ser significativamente menor do que o tempo necessário para uma órbita.
“A técnica que desenvolvemos é baseada em uma grade que se move junto com os buracos negros, minimizando seu movimento e distorção, e nos dando tempo suficiente para que eles concluam uma órbita em espiral em volta uma da outra antes que a simulação por computador caia”, diz Bruegmann. Ele oferece uma analogia para ilustrar a estratégia da “grade em movimento”: “Se você está do lado de fora de um carrossel e deseja assistir uma pessoa, precisa mover a cabeça para continuar observando-a enquanto ela circula. Mas se você estiver de pé no carrossel, precisará olhar apenas em uma direção, porque essa pessoa não se move mais em relação a você, embora vocês dois estejam andando em círculos.
A construção de uma grade em movimento é uma inovação importante do trabalho de Bruegmann. Embora não seja uma idéia nova para os físicos, é um desafio fazê-lo funcionar com dois buracos negros. Os pesquisadores também adicionaram um mecanismo de feedback para fazer ajustes dinamicamente à medida que os buracos negros evoluem. O resultado é um esquema elaborado que realmente funciona para dois buracos negros por cerca de uma órbita do movimento em espiral.
“Embora modelar interações de buracos negros e ondas gravitacionais seja um projeto muito difícil, o resultado do professor Bruegmann fornece uma boa visão de como podemos finalmente ter sucesso nesse esforço de simulação”, diz Richard Matzner, professor da Universidade do Texas em Austin e principal pesquisador da a antiga Aliança Grande Desafio Binário do Buraco Negro da National Science Foundation, que lançou grande parte das bases para a relatividade numérica nos anos 90.
Abhay Ashtekar, professora de física Eberly e diretora do Instituto de Física e Geometria Gravitacional, acrescenta: “A recente simulação do grupo do professor Bruegmann é um marco porque abre a porta para a análise numérica de uma variedade de colisões de buracos negros que estão entre os eventos mais interessantes para a astronomia das ondas gravitacionais. ”
Esta pesquisa foi financiada por doações da National Science Foundation, incluindo uma para o Frontier Center for Gravitational Wave Physics, criada pela National Science Foundation no Penn State Institute for Gravitational Physics and Geometry.
Fonte original: Penn State News Release
