В своей Общей теории относительности Альберт Эйнштейн более века назад предсказал гравитационные волны; в этом году они были впервые обнаружены напрямую: Американская обсерватория гравитационных волн LIGO зафиксировала такие искривления в космосе с Земли, которые были вызваны слиянием двух массивных черных дыр. И исследования гравитационных волн — и, следовательно, происхождения Вселенной — продолжаются: с 2034 года три спутника должны быть запущены в космос в рамках проекта, возглавляемого Европейским космическим агентством (ЕКА), для измерения гравитационных волн в еще более низких частотных диапазонах. из космоса с помощью космической антенны усовершенствованного лазерного интерферометра (eLISA).Однако до сих пор было невозможно окончательно предсказать точку, в которой гравитационные волны запускаются и распространяются по космосу при слиянии галактик.
Международная группа астрофизиков из Цюрихского университета, Института космических технологий Исламабада, Гейдельбергского университета и Китайской академии наук впервые рассчитала это с помощью обширного моделирования.Намного быстрее, чем предполагалось ранееКаждая галактика имеет в своем ядре сверхмассивную черную дыру, которая может иметь миллионы или даже миллиарды солнечных масс. В реалистичном моделировании Вселенной было смоделировано слияние двух галактик возрастом около 3 миллиардов лет, расположенных относительно близко друг к другу.
С помощью суперкомпьютеров исследователи вычислили время, необходимое двум центральным черным дырам с массой около 100 миллионов Солнца для излучения сильных гравитационных волн после столкновения галактик.«Результат удивителен», — объясняет Лучио Майер из Института вычислительных наук Университета Цюриха: «Слияние двух черных дыр уже вызвало первые гравитационные волны через 10 миллионов лет — примерно в 100 раз быстрее, чем предполагалось ранее. "Расчет суперкомпьютера на год
Компьютерное моделирование, которое длилось более года, проводилось в Китае, Цюрихе и Гейдельберге. Проект требовал инновационного вычислительного подхода с использованием различных числовых кодов на разных суперкомпьютерах.
При этом каждый суперкомпьютер отвечал за вычисление определенной фазы орбитального сближения двух массивных черных дыр и их родительских галактик.По сравнению с предыдущими моделями, связь между орбитами центральных черных дыр и реалистичной структурой родительских галактик была учтена в настоящем моделировании. «Таким образом, наши расчеты позволяют сделать надежный прогноз скорости слияния сверхмассивных черных дыр на ранней стадии Вселенной», — объясняет Майер. «Они могут помочь более эффективно оценить гравитационные волны, которые eLISA обязательно найдет в ближайшем будущем».