Свидание двух чёрных дыр: как точнее рассчитать их гравитационный танец экспресс

Две чёрные дыры, закружившись в гравитационном танце, сближаются всё быстрее и в конце концов сливаются в одну. Этот танец не бесшумен: он сотрясает само пространство-время, и по Вселенной расходятся гравитационные волны — рябь кривизны, предсказанная общей теорией относительности. Чтобы понять, что именно мы «слышим» в этих волнах, нужна точная математическая модель танца. Одна из самых успешных моделей называется «эффективное одно тело» (EOB): она заменяет две дыры одной воображаемой частицей, которая движется в искривлённом пространстве, созданном их общей массой.

Но даже у хорошей модели есть предел точности. Обычно её строят, разлагая сложные уравнения в ряд по малым скоростям — так называемое постньютоновское приближение. Когда дыры разгоняются до заметной доли скорости света, такой ряд начинает врать. В новой работе физики взяли другой ряд — по «силе гравитации», а не по скорости. Это позволило описать быстрое движение точнее. Они достроили ключевую часть модели — так называемую эффективную метрику, то есть правила, по которым искривлено пространство вокруг воображаемой частицы.

Главный результат: они показали, что два разных способа связать модель с реальностью дают согласованный ответ. Это как если бы два независимых геодезиста, измеряя один и тот же участок, получили одинаковую карту. Теперь модель может точнее предсказывать гравитационные волны от быстрых слияний. Такие слияния редки, но именно они могут рассказать о самых экстремальных условиях во Вселенной.

Когда-нибудь детекторы гравитационных волн станут настолько чувствительными, что услышат и быстрые, и медленные слияния без искажений. Тогда карта, построенная в этой работе, поможет разобрать каждый шёпот Вселенной.