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2025-10-08 19:05:00
ミシシッピ州オックスフォード – ブラックホールは望遠鏡の届かない宇宙の暗闇の中で活動していますが、新しい研究は、ブラックホールが互いに衝突したときに何が起こるかを解明するのに役立っています。
の 極限時空コラボレーションのシミュレーション リリースしました ブラックホールシミュレーションの第3カタログ 日記で 古典重力と量子重力、 世界中の研究者が利用できるブラックホール衝突シミュレーションの数がほぼ2倍になりました。
ミシシッピ大学の物理学と天文学の准教授、レオ・スタイン氏によると、こうしたブラックホールの合体を検出する鍵は重力波、つまりブラックホールが衝突する際に生じる時空の波紋だという。スタイン氏は、以下を含む共同研究に携わる数十人の研究者の一人です。 コーネル大学 そして カリフォルニア工科大学。
レオ・スタイン
「2つのブラックホールが互いに衝突している場合、望遠鏡ではそれを見ることはできません」と彼は言いました。 「その合併の詳細を教えてくれるのは重力波だけです。
「重力波が私たちに何を伝えているかを理解する唯一の方法は、観測結果とシミュレーションを照合することです。それがこのカタログの役割であり、深宇宙で何が起こっているかを解読するためのテンプレートを提供します。」
新しいカタログには、 ブラックホール合体に関する3,756のシミュレーション そしてそれらが生成する重力波。研究者はシミュレーションを使用して、ブラックホールが衝突する前の軌道を再構築し、衝突する前にどのような星がブラックホールを作ったかについての手がかりを集めることができる。
「天文学は多くの科学とは大きく異なります。研究室にブラックホールを設置して観察することはできないからです」と、コーネル大学物理学助教授でこの出版物の共著者であるニルス・デッペ氏は言う。 「宇宙が私たちに何を与えるかについて、私たちは何も言えません。
「つまり、これらのシミュレーションは私たちの実験室であり、そこで私は物理学を微調整して、『ああ、これは私たちが実際に見ているもの、そして宇宙が私たちに与えてくれるものと最もよく一致する』と言うことができます。」
なぜなら、ブラックホールは宇宙で次に最も密度の高い天体の一部だからです。 中性子星 – 彼らの衝突は極端な出来事です。
「地球全体を圧縮してブラックホールを作ったら、そのブラックホールは拳ほどの大きさになるでしょう」とデッペ氏は語った。 「しかし、これらのブラックホールは巨大であるため、ブラックホールの衝突は、私たちが知っている宇宙で最も激しい出来事です。
小さなブラックホールは、衝突して合体する前に、大きなブラックホールの周りを周回します。この衝突により重力波 (左上) が発生しますが、これはレーザー干渉計重力波天文台などの非常に高感度の機器でのみ検出できます。 N. Vu、H. Pfeiffer、A. Buonanno/Max Planck による画像 重力物理学研究所、極限時空シミュレーション プロジェクト
「しかし、それらが衝突すると、残ったブラックホールは鐘のように鳴り響きます。鐘を叩いたときのことを考えてみてください。鐘は消え去るまで鳴り続けます。それが私たちの重力波です。」
これらの波は周囲の空間を歪め、物体間の距離を陽子の幅の 1,000 分の 1 未満だけ変化させる可能性があります。この影響は非常に小さいため、次のような超高感度の機器でのみ測定できます。 レーザー干渉計 重力波観測所。
たとえそれらの機器があったとしても、重力波がブラック ホールについて何を語っているかを理解することは、シミュレーションなしでは困難です。このカタログは世界中の研究者が利用できるため、重力波を研究している研究者は誰でもシミュレーションを使用して、観測しているものを理解できます。
「波は宇宙初期の巨大な星の一生について何を教えてくれるでしょうか?」スタインは言いました。 「それらはすべて私たちが理解したいことです。
「これらのことを知る唯一の方法は、予測と観測結果を一致させることです。だからこそ、スーパーコンピューターによるシミュレーションで、『理論が何を教えてくれるか、それは正しいのか』を判断する必要があるのです。」
ニルス・デッペ
これらのシミュレーションの作成には数千時間、数十人の研究者や学生が費やしたが、作業はまだ終わっていないとデッペ氏は語った。
偏心または異常なブラック ホール軌道を解読しようとすることに加えて、 アルバート・アインシュタインの一般相対性理論をテストするための重力波、 共同作業では、次世代の重力波検出技術を準備する必要があります。
「米国ではより新しい検出器の計画があり、欧州では宇宙ベースの検出器を構築している」とデッペ氏は語った。 「これらの検出器は現在の検出器よりも 100 ～ 1,000 倍正確になるでしょう。つまり、私たちのシミュレーションも 100 ～ 1,000 倍正確でなければなりません。」
ブラックホールの衝突を理解するのは高い目標のように思えるかもしれないが、人類はそのような目標が存在する以来ずっと追い求めてきたとスタイン氏は語った。
「私たち人間は、抽象的には宇宙を理解できると信じています」と彼は言う。 「私たちがそれを理解する方法は、物事を測定し、それが私たちの予測と一致するかどうかを確認することによって行われることがあります。
「それが私たちの中には幸せになる人もいると思います。発見の喜び、理解の喜びだけです。」
この資料は、によって支援された研究に基づいています。 国立科学財団 助成金番号PHY-2309211、PHY-2309231、OAC-2209656、PHY-2407742、PHY-2207342、OAC2209655、PHY-2047382、PHY-2309301、DMS-2309609、PHY-2110496、 AST-2407454、PHY-2208014、および AST-2219109。
上: ブラックホールが衝突すると、重力波と呼ばれる時空の波紋が生じます。これらの波は宇宙の広大な広がりを横切って伝わり、研究者はそれを研究することで、観測可能な宇宙の外側で何が起こっているのかをより深く理解できるようになります。 N. Vu、H. Pfeiffer、A. Buonanno/Max Planck による画像 重力物理学研究所、極限時空シミュレーション プロジェクト
#新しいカタログでブラックホール衝突の秘密が明らかに