Сливане на две черни дупки има три етапа: фаза на вдъхновение, фаза на сливане и фаза на рингдаун. Характеристика гравитационни вълни се излъчват във всяка фаза. Последната фаза на извикване е много кратка и кодира информация за свойствата на финала черна дупка. Реанализ на данни от двоични черна дупка събитието на сливане GW190521 предостави за първи път доказателства за характерни вторични трусове на сливането под формата на две отделни слаби честоти на звънене, произведени от получената единична черна дупка като се установява до стабилна симетрична форма. Това е първото откриване на множество честоти на гравитационните вълни в етапа на затихване. Точно както камбана "звъни" известно време след като е била заседнала, полученият сингъл е изкривен черна дупка образувани след сливането "пръстени" за известно време излъчващи слаби гравитационни вълни преди постигане на симетрична стабилна форма. И точно начинът, по който формата на камбаната определя специфичните честоти, с които звъни камбаната, подобно, според теоремата за липсата на коса, масата и въртенето на черна дупка определяне на честотите на звънене. Следователно, това развитие проправя пътя за използване на честоти на звънене за изследване на свойствата на крайния черна дупка.
Черни дупки са масивни обекти с изключително силни гравитационни полета. Когато две орбита черни дупки спираловидно един около друг и в крайна сметка се сливат, тъканта на пространство-времената около тях се нарушават, което създава вълнички от гравитационни вълни излъчващ се навън. От септември 2015 г., когато астрономията на гравитационните вълни започна с първото откриване на LIGO на гравитационни вълни генерирани от сливането на две черни дупки 1.3 милиарда светлинни години, сливане черни дупки сега се откриват рутинно почти веднъж седмично.
Сливането на черни дупки има три фази. Когато двамата черни дупки са широко разделени, те бавно орбита взаимно излъчващи слаби гравитационни вълни. Двоичният файл постепенно става все по-малък и по-малък орбити тъй като енергията на системата се губи под формата на гравитационни вълни. Това е вдъхновяваща фаза на коалесценция. Следващото е фаза на сливане когато двамата черни дупки се приближете достатъчно, за да се слеете, за да образувате едно цяло черна дупка с изкривена форма. На този етап се излъчват най-силните гравитационни вълни (GW), които сега се откриват и записват рутинно от обсерватории за гравитационни вълни.
Фазата на сливане е последвана от много кратък етап, наречен ringdown етап при което полученият единичен изкривен черна дупка бързо постига по-стабилна сферична или сфероидна форма. Гравитационни вълни излъчвани във фазата на звънене са затихнали и много по-слаби от GW, освободени във фазата на сливане. Точно както звънецът „звъни“ известно време, след като е бил заседнал, полученият сингъл черна дупка "пръстени" за известно време, излъчващи много по-слабо гравитационни вълни преди постигане на симетрична стабилна форма.
Слабите многократни честоти на звънене на гравитационни вълни пуснати по време на фазата на ringdown на сливането на две черни дупки бяха неоткрити досега.
Изследователски екип наскоро постигна успех в откриването на множество честоти на гравитационните вълни в етапа на ringdown на двоичния черна дупка събитие на сливане GW190521. Те търсиха индивидуални затихващи тонове в честотите на звънене, без да отчитат връзка с честотите и времената на затихване и успяха да идентифицират два режима, предполагащи получената деформирана черна дупка излъчени поне две честоти след сливането. Това е предсказано от общата теория на относителността на Айнщайн, следователно резултатът потвърждава теорията. Освен това изследователите сравняват честотите и времената на затихване на двата режима на звънене, открити в събитието на сливането, за да тестват „теоремата за липса на коса“ (че черни дупки се характеризират напълно с маса и въртене и не е необходима друга „коса“, за да се опишат характеристиките му) и не са открили нищо извън общата теория на относителността.
Това е крайъгълен камък, тъй като се смяташе, че наблюдението на множество честоти на звънене няма да е възможно преди следващото поколение детектори за гравитационни вълни да станат налични в бъдеще.
***
Източници:
- Капано, CD и др. 2023. Многомодов квазинормален спектър от смутена черна дупка. Писма за физически преглед. Vol. 131, брой 22. 1 декември 2023 г. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), 2023 г. Новини – За кого звъни черната дупка. Наличен в https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
