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CÓMO MODELAR AGUJEROS NEGROS POR COMPUTADORA
Juan Carlos DegolladoInstituto de Ciencias Físicas, UNAM
Facultad de Ciencias, UNAM.
09-noviembre-2017
Los agujeros negros son los objetos mas extremos que existen en el universo. En sus alrededores la atracción gravitacional es tan intensa que nada puede escapar
¿Cómo sabemos las propiedades de los agujeros negros si no los podemos observar?
Con su señal en ondas gravitacionales y los modelos que se obtienen a partir de la teoría de la Relatividad General.
Un fenómeno electromagnético con una velocidad de propagación bien definida.
La luz tiene una velocidad finita 300 000 km/s Un avión en modo crucero ~0.2 km/sLa velocidad del sonido es de ~0.3km/s
A comienzos del siglo XX, empezaron a surgir diferencias con la idea de un éter que lo llenara todo
Se creía que la luz se propagaba por el éter con una velocidad fija
La velocidad de la luz siempre tiene el mismo
valor.
En las ecuaciones de Maxwell se manifiesta su propagación en el espacio y el tiempo
El espacio y el tiempo existen pero no como entidades físicas, son un escenario en donde ocurren las cosas. No se les puede considerar por separado.
Es posible distinguir en un sentido absoluto una cierta clase de movimientos no acelerados o inercialesNingún objeto puede tener una velocidad mayor que c, la velocidad de la luz
Los postulados de la relatividad especial
El intento de reformular la teoría de la gravitación produjo una revolución en nuestras nociones de espacio y tiempo
La gravedad es una de las cuatro interacciones fundamentales.1687 Newton
La teoría de Einstein de la relatividad general fue desarrollada
en 1915
Actas de la academia prusiana de ciencias
Consecuencias de la teoría de la relatividad general
Descripción correcta del movimiento de los planetas.
La curvatura de los rayos de luz.
El tiempo no transcurre igual para todos.
Colapso gravitacional.
Cuando el remanente de una explosión de supernova es muy masivo, el colapso gravitatorio continua…
Hasta formar un agujero negro
Velocidad de escape
En un agujero negro la velocidad de escape es mayor que la velocidad de la luz
Si el concepto ya existía desde la visión newtoniana de la gravedad, ¿qué hay de nuevo?.
La sinfonía producto de la interacción de agujeros negros
Ondas Gravitacionales
DefiniciónLas ondas gravitacionales son distorsiones del espacio tiempo que se propagan a la velocidad de la luz
De acuerdo a la Relatividad general, los objetos acelerados emiten ondas gravitacionales
Su detección constituye uno de los avances más importantes en la física moderna
¿Qué buscar?
La colisión de dos agujeros negros son las fuentes mas prometedoras de ondas gravitacionales
Los agujeros negros en sistemas binarios, al orbitar, emiten ondas gravitacionales y terminan por fusionarse
Modelos de ondas gravitacionales
Resolver las ecuaciones de Einstein. No es fácil, 10 ecuaciones diferenciales no lineales(hasta 12) de segundo orden.¿Por dónde empezar? ¿Es un problema bien puesto matemáticamente? ¿Soluciones físicas?
¿Cómo buscar?
El problema de dos cuerpos en RG
Para resolver las ecuaciones de Einstein
Hay que reescribir las ecuaciones de Einstein como un problema de valores iniciales.El “formalismo 3+1” (espacio-tiempo)
* Ecuaciones de evolución* Ecuaciones de constricción
Para resolver las ecuaciones de Einstein
Resolver 10 ecuaciones diferenciales “tipo onda”. Ecuaciones hiperbólicas
Las condiciones iniciales se especifican resolviendo las ecuaciones de constricción. 4 ecuaciones tipo Poisson.Elípticas.
Para resolver las ecuaciones de EinsteinEscribir un código desde cero, no es viable. Utilizar herramientas que ya fueron desarrolladas por grandes colaboraciones.Siempre escribir un código pequeño(simetría esférica) para entender los detalles.
EinsteinToolkit
¿Y la complicación? GW150914
Submission command: simfactory/bin/sim create-submit GW150914_28 --define N 28 --parfile repos/GW150914/ParameterFiles/GW150914.rpar --procs 120
Total memory 98 GBRun time 5.6 days on 120 cores (Intel(R) Xeon(R) CPU X5650 @ 2.66GHz)Cost 16128 core hours
¿Cómo buscar?
2013 Primeros catálogos
La detección de ondas producto de la colisión de dos agujeros negros GW150916
1BH 36 Msol; 2BH 29 MsolFBH 62 Msol3 Msol GW
Premio Nobel de Física 2017.Barry Barsh, Kip Thorne y Reiner Weiss
Detección GW170817, primera detección de ondas gravitacionales producto de la fusión de dos estrellas de neutrones.
Noticias recientes.
Ha comenzado la era de astronomía multimensajera
1.7 segundos después de que se recibió la señal gravitacional, el telescopio Fermi captó una fuerte emisión en rayos gamma.
Múltiples detecciones en ultravioleta, óptica e infrarrojo, confirmando la existencia de una explosión, kilo-nova
Perspectivas* Astronomía de ondas gravitacionales, detección de fuentes, 2-400 Gpc/yr* Pruebas de Relatividad general en el régimen de campo fuerte.* Formación de agujeros negros.* Propiedades fundamentales de la interacción gravitacional,* Teorías alternativas a Relatividad general
El radio de una estrella de neutrones es de aprox. 100 km y tiene una masa de aprox. 2Msol
Pulsares: faros cósmicos