引力波湍流中双级联的直接证据

我们给出了引力波湍流的首次直接数值模拟。在周期盒子中数值求解广义相对论方程，采用仅依赖于两个空间坐标的对角度规张量 $g_{ij} \equiv g_{ii}(x,y,t) \delta_{ij}$，并附加一个小尺度耗散项。我们限于弱引力波和自由衰减湍流的情形。我们发现，中间波数处的初始度规激发导致了能量与波作用的双级联。当直接能量级联到达耗散尺度时，观测到能量时间演化从平台期向幂律衰减的过渡，而逆级联前沿继续向低波数传播。波数与频率-波数谱被发现与弱波湍流理论相容，且双级联的特征时间尺度与四波共振相互作用所预期的一致。模拟揭示，随着波作用逆级联的推进并选择性放大涨落 $g_{11}$ 和 $g_{22}$，初始的弱引力波湍流趋向于变强。