Новая математика чёрных дыр: ещё один шаг вперед

[yurybx]

Интересно, почему пара чёрных дыр излучает такие сложные гравитационные волны? По-идее, они должны иметь вид расходящейся спирали. Это ж не магнитное поле с его завихрениями. Откуда берётся рябь, многократно превышающая частоту вращения?

[Pavel_L]

По идее, вращение самих ЧД должно закручивать пространство вокруг.
Тут где-то пару лет назад был комментарий от физика, что, мол, велкам попробовать обсчитать гравитационные волны после контакта эргосфер. Другой момент — рождение частиц на фронте гравитационной волны (эффект Унру), тоже, как я понимаю, не по зубам пока…

[Radisto]

Вот мне кажется, это тоже очень интересный момент:эти монстры прокачивают через пространство такую прорву энергии, выбрасывается ли что-то в реальный мир (ну помимо гравитационных волн, их-то как раз регистрируют)? Момент слияния наверное происходит далеко не в темноте

[Shkaff]

Согласно стандартной теории — в темноте. Вся энергия переходит к гравитационные волны, больше никаких частиц или ЭМ излучения не рождается.

[Pavel_L]

Скорее всего, Вы не совсем правы. Эффект Унру — и нам всё равно, мы ли ускоряемся, или вдруг возникает дикий градиент по гравитации.

Я попробую найти тот тред. Там физик рассказывал, как как раз пытался это посчитать и не смог(ла) — сложно.

[Shkaff]

Согласен, что эффект Унру (ака излучение Хокинга) может возникать. Но он будет очень-очень слаб, говорить о нем как о чем-то наблюдаемом, кажется, не актуально. Я же в первую очередь имел в виду какие-то всплески потоков частиц или чего-то подобного.

[Pavel_L]

А почему Вы считаете, что он будет слаб? Это подтверждено расчётами? Я был бы рад на них посмотреть.
По идее, при слиянии быстровращающихся ЧД, там должна происходить очень сильная деформация поверхности горизонта событий, а ускорения — по определению строго до световой.

[Shkaff]

А почему Вы считаете, что он будет слаб?

Потому что он в принципе очень слаб, даже чтобы достичь температуры в 4К, вам нужны ускорения порядков 10²¹м/c/c. Это очень много. Возможно, в какой-то момент эволюции небольшая часть пространства-времени достигает и такой кривизны, не исключаю. Но этого явно не достаточно, чтобы унести какую-либо значимую энергию, которую мы сможем зарегистрировать.

А мощность сигнала можно прикинуть. Давайте найдем температуру такого излучения, чтобы его можно было наблюдать на Земле по закону Стефана-Больцмана. Предполагая размер сливающихся ЧД в районе 100км, а расстояние — 40МПк (как до наблюдаемых нами ближайших ЧД). Поток энергии от температуры в 4К, достигающий нас, будет 10^-43Вт/м. Детектировать мы можем, допустим, нановатты.

То есть, если мы хотим детектировать излучение Хокинга, его температура у ЧД должна быть в районе миллиарда Кельвинов. Несколько жарковато:) Другими словами, мощность излучения Хокинга должна быть 10⁴⁰Вт. Это мощнее, чем любая звезда и только слегка меньше, чем общая мощность излучения от слияния.

[Pavel_L]

Посмотрите вот тут, например. Ускорения вблизи горизонта могут в принципе принимать произвольно большие значения, с этим нет никаких проблем — хоть 10^21м/c/c, хоть больше. Другое дело, пока излучение / частицы будут оттуда выбираться, красное смещение их очень сильно затормозит.

Но в случае слияния ЧД всё может быть совсем по-другому (а как именно — вроде, пока никто не посчитал).

Вы не поняли, я не говорю тут об излучении Хокинга, при слиянии может работать совсем другой эффект.

[Shkaff]

Вы не поняли, я не говорю тут об излучении Хокинга, при слиянии может работать совсем другой эффект.

Излучение Хокинга == излучение Унру, просто с разных точек зрения. Излучение Унру — когда вы движетесь ускоренно сами, Хокинга — когда пространство искривляется относительно вас. Естественно, это только вопрос системы отсчета.

Посмотрите вот тут, например. Ускорения вблизи горизонта могут в принципе принимать произвольно большие значения

… с точки зрения удаленного покоящегося наблюдателя. Но тогда не возникнет эффекта Унру. Для этого вам нужно считать собственные ускорения, а они зависят от кривизны пространства, которое произвольным быть не может.

[Shkaff]

Уравнения ОТО, описывающие излучение, нелинейны: сама энергия гравитации приводит к дополнительному искривлению пространства. Плюс система сильно динамическая: ЧД теряют энергию, сближаются, ускоряются, вращаются.

Откуда берётся рябь, многократно превышающая частоту вращения?

На видео в конце в левой части? Подозреваю, что это какой-то артефакт визуализации. В целом сигнал гравитационные волны выглядят как простая синусоида с изменяющейся амплитудой и частотой (соответствующей частоте вращения). Так что пример с «расходящейся спиралью» приблизительно верен (не учитывая, что грав волны квадрупольные, а не дипольные, как в этом примере).