Nowe spojrzenie na czarne dziury
Ogólna teoria względności Einsteina na nowo zdefiniowała prawo grawitacji Newtona, odwołując się do kontinuum czasoprzestrzennego obejmującego trzy wymiary przestrzeni i jeden wymiar czasu. Ma to ciekawe implikacje w postaci "zniekształcania" przestrzeni kosmicznej przez obiekty o dużej masie. Teoria przewiduje również istnienie fal grawitacyjnych propagujących zaburzenia geometrii przestrzeni oraz istnienie czarnych dziur. Bezpośrednie związki doświadczalne obu tych teorii, takie jak wykrywanie fal grawitacyjnych i powstawanie czarnych dziur w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC), przyczyniły się do narodzin nowej dziedziny w ramach ogólnej teorii względności, zwanej numeryczną teorią względności. Finansowana ze środków UE sieć szkoleniowa NRHEP (Numerical relativity and high energy physics) pomaga w doskonaleniu się naukowców europejskich w tej nowej, ekscytującej dziedzinie nauki. Uczeni przygotowali ponad 100 artykułów naukowych, opublikowanych w najważniejszych międzynarodowych czasopismach, w tym 11 artykułów w prestiżowym Physical Review Letters. Uczestnicy projektu wyliczyli jedne z najlepszych wartości fenomenologicznych dla energii wypromieniowywanej w postaci fal grawitacyjnych podczas zderzenia dwóch przypominających punkt cząstek z prędkością światła, co ma istotne znaczenie dla scenariuszy grawitacji TeV testowanych w LHC. Ustalono też, że ciemna materia może gromadzić się w gwiazdach i powodować dużo bardziej stabilne konfiguracje, niż wcześniej sądzono. Uzyskano ważne wyniki dotyczące wirujących czarnych dziur. Rozwiązano znany od dawna problem obliczenia perturbacji czarnych dziur Kerra-Newmana (wirujących i naładowanych). Odkryto dwa mechanizmy, za sprawą których czarne dziury Kerra są niestabilne w pewnych alternatywnych teoriach grawitacji. Odkryto nowy typ wirującej czarnej dziury, o potencjalnym znaczeniu dla astrofizyki, który podważa dotychczasowy podgląd, zgodnie z którym ogólna teoria względności z prostymi, fizycznymi, źródłami materii dopuszcza jako rozwiązania tylko czarne dziury w rodzaju czarnych dziur Kerra. Te nowe czarne dziury mogą mieć bardzo różne właściwości fenomenologiczne. Projekt dowiódł, że zderzenia cząstek w pobliżu szybko wirujących czarnych dziur mogą powodować powstawanie wysokoenergetycznych wyrzutów, co zwiększa prawdopodobieństwo, że kolizyjny proces Penrose'a zasila promienie gamma i promienie kosmiczne o ultrawysokich energiach. Uczestnicy projektu NRHEP dokonali niezwykłego postępu w zastosowaniu metod numerycznej teorii względności do badania czarnych dziur, poszukując odpowiedzi na pytania dotąd niedostępne dla innych metod. Zważywszy na duży postęp metod doświadczalnych oraz dobre wyniki projektu dotyczące fizyki wysokich energii, projekt utorował drogę w kierunku światowego przywództwa UE w tej nowej dziedzinie nauki, która ma zrewolucjonizować nasze rozumienie kosmosu.
Słowa kluczowe
Czarne dziury, numeryczna teoria względności, fale grawitacyjne, NRHEP, fizyka wysokich energii