黑洞散射现象以空前精度被阐述

在柏林洪堡大学（HU）物理系Jan Plefka教授的领导下，一个国际团队以前所未有的数学精度描述了碰撞黑洞的动力学。他们的研究发表在著名期刊《物理评论快报》（《Physical Review Letters》）上，为我们宇宙中这些物体之间的引力相互作用提供了新的见解。

黑洞是我们宇宙中质量密度最高的物体。它们的引力是如此巨大，以至于连光也无法逃脱。当黑洞相互靠近时，会释放出引力波——这一现象是阿尔伯特·爱因斯坦在1915年的广义相对论中描述的，并且已经在美国的激光干涉引力波天文台（LIGO）等引力波探测器上观测到。

方法的结合实现了精确描述

来自柏林洪堡大学、波茨坦马克斯·普朗克引力物理研究所和瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）的物理学家团队，现在已精确计算出两个黑洞的散射以及两个质量之间引力作用所产生的相互作用。为此，他们将量子场论和粒子物理学的方法应用于物理学中的经典二体问题。这种方法需要最先进的数学积分技术和高性能计算机，使他们能够达到全新的精度水平。

“解决这个问题标志着多环计算和有效场论技术的新前沿，”柏林洪堡大学物理系量子场论和弦论小组负责人Jan Plefka说。“我们必须优化每一个环节，从被积函数生成到开发新的分部积分方法，”研究小组的共同作者、博士生Benjamin Sauer补充道。总共需要约五十万个16维积分来描述散射角，然后这些积分被简化为470个基本主积分进行计算。

为未来的太空探测器提供高精度引力波模型

通过他们的计算，物理学家们为基本的二体问题提供了近似解，并为下一代探测器所需的先进引力波模型奠定了基础——比如欧洲航天局计划在太空中建造的激光干涉空间天线（LISA）引力波探测器。更高的精度将能够对爱因斯坦的理论进行极为精确的检验，并对旋转黑洞双星系统的核物理和引力物理学产生新的见解。

“我们的结果将两个黑洞相遇产生的引力波的预测提高到了前所未有的精度水平，”Plefka小组的共同作者和研究员Gustav Uhre Jakobsen说。“这为从未来的引力波观测中提取物理学基本问题的陈述开辟了崭新的途径。”