Połączenie dwóch czarne dziury ma trzy etapy: fazę inspiracyjną, fazę łączenia i fazę zamykania. Charakterystyka fale grawitacyjne są emitowane w każdej fazie. Ostatnia faza ringdown jest bardzo krótka i koduje informacje o właściwościach finalu czarna dziura. Ponowna analiza danych binarnych czarna dziura zdarzenie fuzji GW190521 dostarczyło po raz pierwszy dowód charakterystycznych wstrząsów wtórnych fuzji w postaci dwóch oddzielnych słabych częstotliwości ringdown wytwarzanych przez powstały pojedynczy czarna dziura gdy ustabilizowało się, osiągając stabilną, symetryczną formę. Jest to pierwsze wykrycie wielu częstotliwości fal grawitacyjnych w fazie „ringdown”. Podobnie jak dzwonek „dzwoni” przez jakiś czas po utknięciu, powstały singiel jest zniekształcony czarna dziura powstałe po fuzji „pierścienie” emitują przez pewien czas słabe światło fale grawitacyjne przed osiągnięciem symetrycznej, stabilnej formy. I tak samo kształt dzwonu determinuje konkretną częstotliwość, z jaką dzwoni dzwonek, podobnie, zgodnie z twierdzeniem o braku włosa, masa i spin dzwonka czarna dziura określić częstotliwości dzwonienia. Dlatego też rozwój ten toruje drogę do wykorzystania częstotliwości ringdown do badania właściwości końcowych czarna dziura.
Czarne dziury to masywne obiekty o niezwykle silnym polu grawitacyjnym. Kiedy dwa orbitujący czarne dziury krążą wokół siebie i ostatecznie łączą się, tworząc strukturę przestrzeń-czasy wokół nich są zaburzone, co powoduje fale fale grawitacyjne promieniując na zewnątrz. Od września 2015 r., kiedy astronomia fal grawitacyjnych rozpoczęła się od pierwszego wykrycia przez LIGO fale grawitacyjne powstałe w wyniku połączenia dwóch czarne dziury 1.3 miliarda lat świetlnych stąd, połączenie czarne dziury są obecnie rutynowo wykrywane prawie raz w tygodniu.
Połączenie czarne dziury ma trzy fazy. Kiedy we dwoje czarne dziury są szeroko oddzielone, powoli orbita nawzajem emitując słabe fale grawitacyjne. Plik binarny stopniowo staje się coraz mniejszy orbity gdy energia układu jest tracona w postaci fale grawitacyjne. Jest inspirująca faza koalescencji. Następny jest faza fuzji kiedy dwoje? czarne dziury zbliżyć się na tyle, aby połączyć się w jeden czarna dziura o zniekształconym kształcie. Na tym etapie emitowane są najsilniejsze fale grawitacyjne (GW), które są obecnie rutynowo wykrywane i rejestrowane przez obserwatoria fal grawitacyjnych.
Po fazie fuzji następuje bardzo krótki etap tzw etap dzwonienia w którym powstały singiel jest zniekształcony czarna dziura szybko osiąga bardziej stabilną formę kulistą lub sferoidalną. Fale grawitacyjne emitowane w fazie ringdown są tłumione i znacznie słabsze niż GW uwalniane w fazie łączenia. Tak jak dzwonek „dzwoni” przez jakiś czas po utknięciu, powstał singiel czarna dziura „pierścienie” przez jakiś czas, emitując znacznie słabsze fale grawitacyjne przed osiągnięciem symetrycznej, stabilnej formy.
Słabe wielokrotne częstotliwości dzwonienia fale grawitacyjne wydany w fazie ringdown połączenia dwóch czarne dziury nie zostały dotychczas wykryte.
Zespołowi badawczemu udało się niedawno wykryć wiele częstotliwości fal grawitacyjnych w fazie pierścieniowej układu podwójnego czarna dziura zdarzenie fuzji GW190521. Poszukiwali poszczególnych zanikających tonów w częstotliwościach ringdown, nie biorąc pod uwagę żadnego związku z częstotliwościami i czasami tłumienia, i udało im się zidentyfikować dwa tryby implikujące powstałe zniekształcenia czarna dziura po połączeniu emitowały co najmniej dwie częstotliwości. Zostało to przewidziane przez ogólną teorię względności Einsteina, stąd wynik potwierdza teorię. Co więcej, badacze porównali częstotliwości i czasy tłumienia dwóch trybów ringdown stwierdzonych podczas fuzji, aby przetestować „twierdzenie o braku włosów” (które czarne dziury charakteryzują się całkowicie masą i spinem i do opisania ich cech nie potrzeba żadnych innych „włosów”) i nie znalazłem niczego poza ogólną teorią względności.
Jest to kamień milowy, ponieważ powszechnie uważano, że obserwacja wielu częstotliwości dzwonienia nie będzie możliwa, zanim w przyszłości nie staną się dostępne detektory fal grawitacyjnych nowej generacji.
***
Źródła:
- Capano, CD i wsp. 2023. Wielomodowe widmo kwazinormalne z zaburzonej czarnej dziury. Listy z przeglądu fizycznego. Tom. 131, wydanie 22. 1 grudnia 2023 r. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik(Albert-Einstein-Institut), 2023. Aktualności – Dla kogo dzwoni czarna dziura. Dostępne o https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
