Gli astrofisici RUDN hanno suggerito un approccio per semplificare i calcoli degli effetti osservabili in prossimità dei buchi neri a cui non si applica l'apparato matematico della teoria della relatività classica di Einstein. I risultati del lavoro sono stati pubblicati in Revisione fisica D . Secondo la teoria della relatività generale, il movimento di qualsiasi corpo massiccio provoca il verificarsi di increspature spazio-temporali chiamate onde gravitazionali. Sono state registrate per la prima volta nel 2015. Le onde gravitazionali sono echi della fusione di enormi oggetti gravitazionali come i buchi neri, aree dello spazio-tempo in cui la gravità è così forte che nemmeno la luce può sfuggire.

La scoperta delle onde gravitazionali ha portato gli scienziati a riconsiderare le vecchie teorie che spiegano la struttura e le caratteristiche dei buchi neri ea svilupparne di nuove. Le equazioni di Einstein si sono rivelate in alcuni casi sbagliate. Sono emerse diverse teorie generalizzate nel tentativo di comprendere una serie di questioni fondamentali, compresa la materia oscura, energia oscura e gravità quantistica.

In attesa di nuovi avvistamenti di onde gravitazionali, i teorici hanno analizzato gli effetti esistenti dal punto di vista di diverse teorie gravitazionali. Gli scienziati affrontano una serie di problemi, e uno di questi è la complessità dei calcoli:richiedono l'elaborazione di enormi matrici di dati e ampie integrazioni numeriche, ed inoltre, le proprietà delle diverse parti dello spazio-tempo possono essere caratterizzate da diverse funzioni. I buchi neri sono descritti da equazioni "eleganti" solo nella teoria di Einstein, che è la più semplice e possiede alcune caratteristiche simmetriche (cioè se si conosce una soluzione in un punto, la soluzione per l'altro punto, simmetrico al primo, può essere determinato automaticamente). Le teorie alternative sono diverse. La descrizione dei buchi neri richiede equazioni complesse, grandi squadre e supercomputer.

Qualsiasi equazione che descrive un oggetto o un fenomeno include diversi membri. Ogni membro corrisponde a un certo parametro sistemico ed è collegato alle caratteristiche di base che sono relativamente stabili (es. massa o carica). Queste connessioni possono essere molto complesse, e gli specialisti spesso cercano di evitarli facendo ipotesi e approssimazioni. Gli scienziati RUDN hanno dimostrato nel loro lavoro che il processo di soluzione per alcune teorie non Einstein può essere semplificato. Dopo aver confrontato i risultati attesi e osservati, hanno scoperto che l'impatto di alcuni membri che distorcono l'elegante simmetria è così piccolo che può essere trascurato. È facile verificare se queste teorie semplificate descrivono correttamente un oggetto spaziale inserendo nell'equazione le caratteristiche del sistema precedente e calcolando i suoi valori attuali attesi. Dopo il risultato che descrive la sua posizione, si ottiene la radiazione o altro parametro misurabile, dovrebbe essere confrontato con i dati reali. Se i valori sono simili, un'equazione semplificata è considerata corretta.

Gli astrofisici RUDN hanno delineato un modo per risolvere un altro problema. Potremmo ancora non avere una vera teoria della gravitazione. In questo caso, quando si descrivono i buchi neri, i teorici devono usare equazioni che tengano conto dei parametri di ogni particolare teoria. Equazioni del genere richiedono anche calcoli complicati, ma il nuovo approccio può renderli notevolmente più semplici.

"I risultati del nostro lavoro possono essere utili non solo negli studi dei processi nei buchi neri, ma anche per verificare le previsioni teoriche e la teoria di Einstein in generale, " conclude Roman Konoplya, coautore del lavoro e ricercatore associato presso l'Istituto di Gravitazione e Cosmologia, RUDA.

Le leggi che governano i buchi neri differiscono da ciò che sappiamo della fisica classica o quantistica. Inoltre, non è ancora chiaro se li comprendiamo correttamente. Lo studio dei buchi neri aiuterà i ricercatori a rilevare modelli di sviluppo universali e prevedere il destino dell'universo.