RUDN-astrofysiker har föreslagit ett tillvägagångssätt för att förenkla beräkningar av observerbara effekter i närheten av svarta hål som den matematiska apparaten i Einsteins klassiska relativitetsteori inte är tillämplig på. Resultatet av arbetet publicerades i Fysisk granskning D . Enligt den allmänna relativitetsteorin, rörelsen av en massiv kropp orsakar uppkomsten av rymd-tids-krusningar som kallas gravitationsvågor. De registrerades första gången 2015. Gravitationsvågor är ekon av sammansmältning av massiva gravitationsobjekt som svarta hål – områden i rum-tiden där gravitationen är så stark att inte ens ljus kan fly.

Upptäckten av gravitationsvågor fick forskare att ompröva gamla teorier som förklarar strukturen och egenskaperna hos svarta hål och utvecklade nya. Einsteins ekvationer visade sig vara fel i vissa fall. Flera generaliserade teorier dök upp i ett försök att förstå ett antal grundläggande frågor, inklusive mörk materia, mörk energi och kvantgravitation.

I väntan på nya iakttagelser av gravitationsvågor, teoretiker analyserade de existerande effekterna utifrån olika gravitationsteoriers synvinkel. Forskare står inför ett antal problem, och en av dem är komplexiteten i beräkningar – de kräver bearbetning av enorma datamatriser och rymliga numeriska integrationer, och dessutom, egenskaperna hos olika delar av rum-tiden kan kännetecknas av flera funktioner. Svarta hål beskrivs av "eleganta" ekvationer endast i Einsteins teori, vilket är det enklaste och har vissa symmetriska egenskaper (dvs om man vet en lösning vid ett tillfälle, lösningen för den andra punkten, symmetrisk till den första, kan bestämmas automatiskt). Alternativa teorier är olika. Att beskriva svarta hål kräver komplexa ekvationer, stora team och superdatorer.

Varje ekvation som beskriver ett objekt eller ett fenomen inkluderar flera medlemmar. Varje element motsvarar en viss systemisk parameter och är kopplad till de grundläggande egenskaperna som är relativt stabila (t.ex. massa eller laddning). Dessa kopplingar kan vara mycket komplexa, och specialister försöker ofta undvika dem genom att göra antaganden och uppskattningar. RUDN-forskare visade i sitt arbete att lösningsprocessen för vissa icke-Einstein-teorier kan förenklas. Efter att ha jämfört förväntade och observerade resultat, de fann att effekten av vissa medlemmar som förvränger den eleganta symmetrin är så liten att den kan försummas. Det är lätt att verifiera om dessa förenklade teorier beskriver ett rymdobjekt korrekt genom att mata in tidigare systemegenskaper i ekvationen och beräkna dess förväntade nuvarande värden. Efter resultatet som beskriver dess position, strålning eller annan mätbar parameter erhålls, det bör jämföras med de faktiska uppgifterna. Om värdena är liknande, en förenklad ekvation anses vara korrekt.

RUDN-astrofysiker beskrev ett sätt att lösa ytterligare ett problem. Vi kanske fortfarande saknar en sann teori om gravitation. I detta fall, när man beskriver svarta hål, teoretiker måste använda ekvationer som tar hänsyn till parametrarna för varje särskild teori. Sådana ekvationer kräver också komplicerade beräkningar, men det nya tillvägagångssättet kan göra dem betydligt enklare.

"Resultaten av vårt arbete kan vara användbara inte bara i studier av processer i svarta hål, men också för att verifiera teoretiska förutsägelser och Einsteins teori i allmänhet, avslutar Roman Konoplya, en medförfattare till arbetet och en forskarassistent vid Institutet för gravitation och kosmologi, RUDN.

Lagarna som styr svarta hål skiljer sig från vad vi vet om klassisk eller kvantfysik. Dessutom, det är fortfarande oklart om vi förstår dem rätt. Att studera svarta hål kommer att hjälpa forskare att upptäcka universella utvecklingsmönster och förutsäga universums öde.