"Világrengető" ütközések

Fekete lyukak ütköztetése - a számítógépes szimuláció szerint az összeolvadó fekete lyukak irdatlan mennyiségű energiát sugároznak ki, gravitációs hullámok formájában.

A fekete lyukak anyaga olyan sűrű, hogy gravitációs mezőjük még a fényt is csapdában tartja. Ezért nehéz észlelni őket, bár közvetett utakon kimutathatók. A jövő évezred küszöbén több, a gravitációs hullámok detektálására alkalmas nagyberendezés is üzembe áll majd, amelyekkel például fekete lyukak ütközésekor keletkező gravitációs hullámok kimutathatók. Ennek jegyében számítógépes szimulációval több kutatócsoport is vizsgálja, milyen hullámok keletkeznek ilyenkor, vagyis milyen jeleket keressenek majd az új berendezésekkel.

A Max Planck Gravitációs Fizikai (Albert Einstein) Intézetben egy nemzetközi kutatócsoport számítógéppel azt szimulálta, hogy mi történik akkor, ha egy kisebb fekete lyuk pályája súrolja egy nagyobbét, és ennek eredményeként az utóbbi azt magába szippantja. Ez sokkal gyakrabban fordul elő, mint a korábban ugyanitt vizsgált frontális ütközés. Eltérő tömegű és forgó fekete lyukak súroló ütközésével elsőként szintén az intézet egyik kutatója, Bernd Brügmann foglalkozott. Az intézet legnagyobb, 32 párhuzamos processzorral működő Origin 2000 szuperszámítógépének a teljesítménye azonban kevésnek bizonyult a szimuláció futtatásához. Most viszont, amerikai kutatókkal együttműködve, sikerült a munkát az Illinoisi Egyetemen üzemelő 256 processzoros Origin 2000 számítógéppel befejezni. A terabájtnyi (a 10 után még 12 nullát írunk!) adatot feldolgozó számítás egy egyprocesszoros géppel több mint 16 évet vett volna igénybe!

Különleges megjelenítési technikával az ütközés folyamatáról lélegzetelállító "filmeket" is készítettek. Ezeken látható, ahogy a két "fekete monstrum" közeledik, majd spirális pályán egymás felé zuhan.



A fekete lyukak kezdetben szimmetrikus eseményhorizontja (az a határfelület, amelyen belülről már a fény sem tud kijutni) eközben egymás felé feszül, majd összeérve hirtelen egybeolvad, mint két összeérő vízcsepp.





A folyamatban keletkező gravitációs hullámok amplitudója (magassága) és frekvenciája (rezgésszáma) eközben erősen növekszik, majd az összeolvadás után, a kezdetben még oszcilláló új, közös eseményhorizont rezgése csillapodik, és a folyamatban keltett gravitációs hullámok lassan lecsengenek.

A szimuláció szerint az összeolvadó fekete lyukak eközben irdatlan mennyiségű energiát sugároznak ki gravitációs hullámok formájában. Például ha két - mindössze 10 és 15 naptömegnyi, azaz igen kicsi - fekete lyuk 50 kilométerre megközelíti egymást, a kisugárzott energia nagyjából össztömegük 1 százaléka. "Ez ezerszer annyi, mint amennyit Napunk egész eddigi élete, azaz mintegy 5 milliárd év alatt kisugárzott" - mondta Edward Seidel, a Washingtoni Egyetem professzora, a kutatócsoport vezetője, aki munkatársaival 3 éve dolgozik Potsdamban.
Fekete lyukak azonban nincsenek a "szomszédságunkban", ilyen ütközések csak tőlünk igen távol mehetnek végbe, ezért a jelek sokat gyengülnek, mire elérnek hozzánk. Ma a világon több olyan detektor is épül, amellyel ezeket próbálnák "elkapni". Egyikük a Hannover mellett brit-német együttműködésben készülő, 1,2 kilométer hosszú lézer-interferométer, a Geo 600. Ez a berendezés olyan érzékeny lesz, hogy a benne egymástól 1 kilométerre elhelyezett próbatestek relatív elmozdulása a proton átmérője ezredrészének megfelelő pontossággal kimutatható!
A csillagászok ma már több ezer fekete lyuk helyzetét ismerik, többnyire a tömegükre is vannak becslések: ezt a statisztikát a számítógépes szimulációval összevetve 600 millió fényéves távolságon belül évente mindössze egyetlen olyan ütközés várható, amelynek gravitációs hulláma például a Geo 600-zal kimutatható.
Mivel ilyen elenyészően gyenge jelekről van szó, különösen fontos tudni, pontosan mit keressenek majd a nagyberendezéseknél dolgozó kutatók. Ezt a célt szolgálják az ilyen és az ehhez hasonló, szuperszámítógépekkel ma már elvégezhető szimulációk, amelyek alapján célzottan kereshetők és felismerhetők például az ütköző fekete lyukaktól származó gravitációs hullámok.

(ÉT)

Ajánló:

A relativitáselmélet számítógépes szimulációi. A nemzetközi kutatócsoport honlapja. Fekete lyukak kölcsönhatásának számítógépes szimulációi (letölthető mozik). A jövő gravitációs-hullám érzékelője.