블랙홀 합병의 반향 고리는 아인슈타인 이론을 테스트하는 데 도움이 될 수 있습니다

Elen11 / iStock

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과학자들은 오랫동안 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 양자 역학 세계에 대한 우리의 이해를 통합된 양자 중력 이론으로 결합하는 것을 목표로 삼아 왔습니다.

이 통일된 이론을 구축하는 데 더 가까워지기 위해 과학자들은 상대성 이론을 계속해서 테스트해야 합니다.

이제 Caltech의 과학자들이 작성한 두 개의 새로운 논문은 블랙홀의 구조와 그들이 생성하는 중력파를 어떻게 볼 수 있는지 자세히 설명하여 우리를 과학 이론의 성배에 한 걸음 더 가까이 다가가게 해줍니다.

Caltech의 과학자들은 블랙홀 관측을 분석하여 양자 중력의 존재를 암시할 수 있는 일반 상대성 이론에서 작은 편차를 찾는 것을 목표로 합니다.

Physical Review X 및 Physical Review Letters에 게재된 논문은 블랙홀 고리에 중점을 둡니다. 이는 블랙홀의 특징적인 강착 원반을 가리키는 것이 아니라, 블랙홀이 합병하는 동안 서로 충돌할 때 공 모양의 블랙홀 고리를 가리키는 것입니다.

두 연구의 공동 저자이자 칼텍 물리학 교수인 옌베이 첸(Yanbei Chen)은 언론 성명에서 "두 개의 블랙홀이 합쳐져 더 큰 블랙홀이 생성되면 최종 블랙홀이 종처럼 울린다"고 설명했습니다. "양자 중력에 대한 특정 이론이 정확하다면 울림의 품질이나 음색은 일반 상대성 이론의 예측과 다를 수 있습니다. 우리의 방법은 고조파와 같은 링다운 단계의 품질 차이를 찾도록 설계되었습니다. 예를 들어 배음."

두 개의 새로운 논문 중 첫 번째 논문은 특정 양자 중력 이론을 기반으로 블랙홀이 어떻게 울리는지 설명하는 새로운 단일 방정식을 자세히 설명합니다. 이 연구는 50년 전 Caltech의 Saul Teukolsky가 개발한 방정식을 바탕으로 구축되었으며, 이 방정식은 시공간 기하학이 블랙홀에 의해 어떻게 영향을 받는지 이해하는 과정을 단순화했습니다.

"블랙홀 합병의 모든 아인슈타인 방정식을 풀고 이를 정확하게 시뮬레이션하려면 슈퍼컴퓨터로 전환해야 합니다."라고 새 논문의 공동 책임자이자 대학원생인 Dongjun Li가 말했습니다. "수치적 상대성 이론은 블랙홀 합병을 정확하게 시뮬레이션하는 데 매우 중요하며 LIGO 데이터를 해석하는 데 중요한 기초를 제공합니다. 그러나 물리학자가 수치 결과에서 직접 직관을 이끌어내는 것은 극히 어렵습니다. Teukolsky 방정식은 우리에게 직관적인 시각을 제공합니다. 링다운 단계에서 무슨 일이 일어나고 있는지."

"우리의 새로운 방정식을 통해 우리는 아인슈타인이 예측한 것보다 더 특이한 블랙홀 주위로 전파되는 중력파를 모델링하고 이해할 수 있습니다."라고 그는 계속했습니다.

두 번째 논문은 최근 4차 관측을 시작한 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)에서 획득한 중력파 데이터에 동준의 방정식을 적용하는 방법을 기술하고 있다.

새로운 방법은 필터를 사용하여 일반 상대성 이론으로 예측되는 블랙홀 링잉의 특징을 제거합니다. 이를 통해 과학자들은 양자 중력과 관련된 미묘한 신호를 감지할 수 있기를 바라고 있습니다.

Dongjun은 "처음에는 내 방정식이 예측하는 시그니처가 여러 배음과 고조파 아래에 묻힐까 봐 걱정했습니다. 다행스럽게도 Sizheng의 필터는 이러한 알려진 기능을 모두 제거할 수 있으므로 차이점에만 집중할 수 있습니다."라고 Dongjun은 말했습니다.

Chen은 "함께 협력하여 Li와 Ma의 발견은 우리 지역 사회의 중력 탐사 능력을 크게 향상시킬 수 있습니다"라고 덧붙였습니다.