Злиття двох чорних дір має три етапи: інспіральний, злиття та рингдаун. Характеристика гравітаційні хвилі випромінюються в кожній фазі. Остання фаза виклику дуже коротка і кодує інформацію про властивості фіналу Чорна діра. Повторний аналіз даних з двійкового Чорна діра подія злиття GW190521 надала, вперше, докази сигнатурних афтершоків злиття у формі двох окремих слабких частот дзвінків, створених результуючою одиночною Чорна діра як він встановився до стійкої симетричної форми. Це перше виявлення кількох частот гравітаційних хвиль на стадії згасання. Подібно до того, як дзвін «дзвенить» протягом деякого часу після застрягання, отриманий сингл спотворюється Чорна діра Утворені після злиття «кільця» деякий час випромінюють слабке гравітаційні хвилі до досягнення симетричної стабільної форми. І саме форма дзвона визначає конкретні частоти, з якими дзвонить, так само, згідно з теоремою про відсутність волосся, маса та обертання Чорна діра визначте частоти дзвінків. Таким чином, ця розробка відкриває шлях для використання частот виклику для вивчення властивостей кінцевого Чорна діра.
Чорні діри є масивними об'єктами з надзвичайно сильними гравітаційними полями. Коли два орбітальний чорних дір spiral around each other and eventually coalesce, the fabric of простір-times around them are disturbed that creates ripples of гравітаційні хвилі випромінюючи назовні. З вересня 2015 року, коли гравітаційно-хвильова астрономія почала LIGO першим виявленням гравітаційні хвилі утворений злиттям двох чорних дір 1.3 мільярда світлових років від нас, зливаються чорних дір тепер регулярно виявляються майже раз на тиждень.
Злиття чорних дір має три фази. Коли двоє чорних дір широко розділені, вони повільно орбіта один одного випромінюючи слабкі гравітаційні хвилі. Двійковий файл поступово стає все меншим і меншим орбіти оскільки енергія системи втрачається у вигляді гравітаційні хвилі, Це інспіральна фаза коалесценції. Наступний є фаза злиття коли два чорних дір підійти достатньо близько, щоб об’єднатися й утворити одне ціле Чорна діра зі спотвореною формою. На цій стадії випромінюються найпотужніші гравітаційні хвилі (ГХ), які тепер регулярно виявляються та реєструються гравітаційними хвильовими обсерваторіями.
За фазою злиття слід дуже короткий етап, який називається етап дзвінка при цьому отриманий сингл спотворюється Чорна діра швидко досягає більш стійкої сферичної або сфероїдальної форми. Гравітаційні хвилі випромінювані у фазі ringdown затухають і набагато слабші, ніж GW, вивільнені у фазі злиття. Подібно до того, як дзвін «дзвенить» протягом деякого часу після того, як застряг, отриманий сингл Чорна діра «кільця» деякий час випромінюють набагато слабше гравітаційні хвилі до досягнення симетричної стабільної форми.
Слабкі частоти багаторазового дзвінка гравітаційні хвилі випущений під час фази злиття двох чорних дір були не виявлені досі.
Дослідницькій групі нещодавно вдалося виявити численні частоти гравітаційних хвиль на стадії згасання подвійної системи. Чорна діра подія злиття GW190521. Вони шукали окремі затухаючі тони на частотах дзвінка, не враховуючи будь-якого зв'язку з частотами та часом демпфування, і їм вдалося ідентифікувати два режими, що передбачають результуючу деформацію Чорна діра випромінював щонайменше дві частоти після злиття. Це було передбачено загальною теорією відносності Ейнштейна, тому результат підтверджує теорію. Крім того, дослідники порівняли частоти та час демпфування двох режимів дзвінка, виявлених у події злиття, щоб перевірити «теорему про відсутність волосся» (що чорних дір повністю характеризуються масою та обертанням, і жодне інше «волосся» не потрібне для опису його особливостей) і не знайшли нічого за межами загальної теорії відносності.
Це знаменна віха, тому що вважалося, що спостереження за частотами множинного дзвінка буде неможливим до того, як у майбутньому стануть доступними детектори гравітаційних хвиль наступного покоління.
***
джерела:
- Капано, CD та ін. 2023. Багатомодовий квазінормальний спектр збуреної чорної діри. Оглядові листи фізичних осіб. том. 131, випуск 22. 1 грудня 2023 р. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), 2023. Новини – Для кого дзвонить чорна діра. Доступний на https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
