Квантовая теория поля помогла описать «танец» чёрных дыр с новой точностью

Учёные обнаружили связь между гравитационными волнами и абстрактными математическими структурами, что позволило значительно повысить точность моделирования взаимодействий чёрных дыр. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, демонстрируют, как методы квантовой теории поля помогают описывать искажения пространства-времени. Это открывает новые возможности для анализа данных обсерваторий LIGO и Virgo, а также будущих проектов вроде LISA и Einstein Telescope.

Команда под руководством Матиаса Дрисса из Университета Гумбольдта в Берлине сосредоточилась на «рассеивающих событиях» - сближениях чёрных дыр без их слияния. Используя подходы из физики элементарных частиц, учёные смоделировали траектории, энергию гравитационных волн и отдачу чёрных дыр после взаимодействия. Расчёты достигли пятого пост-минковскианского порядка, что стало рекордом точности в решении уравнений Эйнштейна.

Неожиданным результатом стало появление в уравнениях шестимерных геометрических структур - многообразий Калаби-Яу, ранее известных только в контексте теории струн. Эти абстрактные объекты, напоминающие многомерные аналоги торических поверхностей, впервые возникли в расчётах, связанных с наблюдаемыми явлениями. Исследователи сравнивают их обнаружение с переходом от лупы к микроскопу, позволяющим увидеть скрытые закономерности природы.

Развитие таких моделей особенно важно в свете запуска новых гравитационно-волновых детекторов. Повышенная чувствительность оборудования потребует более точных теоретических прогнозов для корректной интерпретации сигналов. Учёные отмечают, что их работа не только углубляет понимание Вселенной, но и демонстрирует единство фундаментальной физики, соединяя области, которые ранее считались независимыми, пишет Space.com.