Fuziunea a doi găuri negre are trei etape: faze de inspirație, fuziune și ringdown. Caracteristică valuri gravitationale sunt emise în fiecare fază. Ultima fază de apelare este foarte scurtă și codifică informații despre proprietățile finale gaură neagră. Reanalizarea datelor din binar gaură neagră evenimentul fuziunii GW190521 a furnizat, pentru prima dată, dovezi ale replicilor semnături ale fuziunii sub forma a două frecvențe de apel slabe separate, produse de unicul rezultat. gaură neagră pe măsură ce se aşeza într-o formă simetrică stabilă. Aceasta este prima detectare a mai multor frecvențe ale undelor gravitaționale în faza de inel. La fel cum un clopoțel „suna” de ceva timp după ce a fost blocat, single-ul rezultat a fost distorsionat gaură neagră formată după fuziune „sună” de ceva timp emitând leșin valuri gravitationale înainte de a obține o formă simetrică stabilă. Și, doar modul în care forma clopotului determină frecvențele specifice cu care sună clopotul, în mod similar, conform teoremei fără păr, masa și rotația gaură neagră determinați frecvențele de apelare. Prin urmare, această dezvoltare deschide calea pentru utilizarea frecvențelor de apelare pentru a studia proprietățile finale gaură neagră.
Găuri negre sunt obiecte masive cu câmpuri gravitaționale extrem de puternice. Când doi orbitează găuri negre spirală unul în jurul celuilalt și în cele din urmă se unesc, țesătura de spaţiu-timpurile din jurul lor sunt perturbate care creează ondulații de valuri gravitationale radiind spre exterior. Din septembrie 2015, când astronomia undelor gravitaționale a început cu prima detectare de către LIGO a valuri gravitationale generate de fuziunea a doi găuri negre La 1.3 miliarde de ani lumină distanță, fuzionarea găuri negre sunt acum detectate în mod curent aproape o dată pe săptămână.
Fuziunea din găuri negre are trei faze. Când cei doi găuri negre sunt larg separate, ei încet orbită unul pe altul emitând slab valuri gravitationale. Binarul devine din ce în ce mai mic orbitele întrucât energia sistemului se pierde sub formă de valuri gravitationale. Acest lucru este faza inspirationala de coalescenţă. Următorul este faza de fuziune când cei doi găuri negre apropie suficient de mult pentru a se uni pentru a forma un singur gaură neagră cu formă distorsionată. Cele mai puternice unde gravitaționale (GW) sunt emise în acest stadiu, care sunt acum detectate și înregistrate în mod obișnuit de observatoarele undelor gravitaționale.
Faza de fuziune este urmată de o etapă foarte scurtă numită etapa de ringdown în care single-ul rezultat a fost distorsionat gaură neagră atinge rapid o formă sferică sau sferoidă mai stabilă. Valuri gravitationale emise în faza de retragere sunt amortizate și mult mai slabe decât GW-urile eliberate în faza de fuziune. Așa cum un clopoțel „suna” de ceva timp după ce a fost blocat, single-ul rezultat gaură neagră „inele” de ceva timp emitând mult mai slab valuri gravitationale înainte de a obține o formă simetrică stabilă.
Frecvențele de apel multiple slabe ale valuri gravitationale lansat în timpul fazei de retragere a fuziunii a doi găuri negre au fost nedetectate până acum.
O echipă de cercetare a reușit recent să detecteze mai multe frecvențe ale undelor gravitaționale în faza de reducere a semnalului binar. gaură neagră evenimentul fuziunii GW190521. Ei au căutat tonuri de estompare individuale în frecvențele de apel fără a lua în considerare nicio relație cu frecvențele și timpii de amortizare și au reușit să identifice două moduri care implică deformarea rezultată. gaură neagră emise cel puțin două frecvențe după fuziune. Acest lucru a fost prezis de relativitatea generală a lui Einstein, deci rezultatul confirmă teoria. Mai mult, cercetătorii au comparat frecvențele și timpii de amortizare ai celor două moduri de reducere a apelurilor găsite în evenimentul de fuziune pentru a testa „teorema fără păr” (care găuri negre sunt complet caracterizate prin masă și spin și nu este nevoie de alt „păr” pentru a-i descrie trăsăturile) și nu au găsit nimic în afară de relativitatea generală.
Aceasta este o piatră de hotar, deoarece s-a crezut că observarea mai multor frecvențe de apel nu ar fi posibilă înainte ca detectoarele de unde gravitaționale de generație următoare să devină disponibile în viitor.
***
Surse:
- Capano, CD et al. 2023. Spectrul cvasinormal multimod dintr-o gaură neagră perturbată. Scrisori de revizuire fizică. Vol. 131, numărul 22. 1 decembrie 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik(Albert-Einstein-Institut), 2023. Știri – Pentru cine sună gaura neagră. Disponibil la https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
