想试试吗？利用引力波数据，计算黑洞性质的数学方法

ejinjing

西弗吉尼亚大学助理教授肖恩·麦克威廉姆斯开发了一种数学方法，可以从引力波数据中计算出黑洞的性质。他写了一篇论文描述了该方法，并将其发布在《arXiv》上，这篇论文现已被接受发表在《物理评论快报》上。当一个与LIGO探测器合作的团队宣布他们已经探测到了引力波，并因此登上了世界各地的头条新闻。从那时起，那里和其他地方的工作人员一直在继续这项工作，希望更好地理解黑洞，合并中子星，最终揭开引力本身。

但是这样的工作在一个方面受到了阻碍——引力波的来源，合并黑洞，是如此的复杂，以至于人们认为它们产生的信号无法用数学解释。相反，科学家一直通过将这些信号与计算机模拟产生的信号进行比较来解释这些信号。在这项新的努力中，McWilliams(他是LIGO科学合作委员会的成员)声称已经开发出可以用来计算信号的数学公式。计算包括使用最内层稳定的圆形轨道(ISCO)，这是一个黑洞周围的区域，大约是视界距离的三倍，在这里，一个物体可以绕黑洞运行而不掉进去。

ISCO在历史上一直是天体物理学家寻求数学方法来解决这个问题的难题。麦克威廉姆斯解释说：他只是简单地忽略了合并后黑洞的最终状态，从而避开了这个问题。

相反，他用广义相对论来计算当一个小质量旋转进入最终形成的黑洞，并最终受到扰动时会发生什么。他指出，这使他能够计算来自ISCO和内部的信号。分析方法使用了他创建的两个公式来研究黑洞碰撞产生的引力波。并表示结果和模拟结果一样准确。

随着研究人员观察到更多的黑洞碰撞，它们可能会用于未来的广义相对论测试，以及分析来自LIGO的数据。在McWilliams的说法得到证实之前，该领域其他人还需要做更多的工作。这是一个非常精确、完整的分析模型，用于任意质量比和自旋矢量的黑洞双星后期吸积、合并和环降，包括基本模式之外的谐波贡献。这个模型只假设非线性效应在整个合并过程中保持较小，并且是基于对后期二元（双星合并）演化动力学的物理理解而建立。

特别是对动态二元时空的行为趋势，就像静态合并剩余时空的线性扰动一样，甚至在合并发生之前也是如此。模型与最精确的数值相关性结果一致，在整个合并-结束阶段都在它们自己的不确定性范围内，而且它是这样做的，例如，它跨越了目前可用数值相关性进行测试的双星参数空间整个范围。此外，模型在大部分相关参数空间上都能保持精确到合并剩余时空最内层稳定的圆形轨道，大大减少了引入唯象自由度来描述后期吸积的需要。

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本文选自：今日头条