Sloučení dvou černé díry má tři fáze: inspirační, slučovací a prstencovou fázi. Charakteristický gravitační vlny jsou emitovány v každé fázi. Poslední fáze vyzvánění je velmi stručná a kóduje informace o vlastnostech finále černá díra. Reanalýza dat z binárních dat černá díra událost fúze GW190521 poprvé poskytla důkazy o následných otřesech fúze ve formě dvou samostatných slabých vyzváněcích frekvencí produkovaných výsledným jediným černá díra jak se usadil do stabilní symetrické formy. Toto je první detekce četných frekvencí gravitačních vln ve fázi ringdown. Stejně jako zvonek 'zvoní' nějakou dobu po uvíznutí, výsledný singl se zdeformuje černá díra vzniklé po fúzi 'prsteny' na nějakou dobu vyzařují slabé gravitační vlny před dosažením symetrické stabilní formy. A právě tvar zvonu určuje konkrétní frekvence, se kterými zvonek zvoní, podobně jako podle teorému bez vlásků hmotnost a rotace zvonu. černá díra určit vyzváněcí frekvence. Tento vývoj tedy připravuje cestu pro použití vyzváněcích frekvencí ke studiu vlastností finále černá díra.
Černé díry jsou masivní objekty s extrémně silným gravitačním polem. Když dva obíhající černé díry spirála kolem sebe a nakonec splynout, tkanina z prostor-časy kolem nich jsou narušeny, což vytváří vlnky gravitační vlny vyzařující ven. Od září 2015, kdy začala astronomie gravitačních vln s první detekcí LIGO gravitační vlny vzniklé sloučením dvou černé díry 1.3 miliardy světelných let daleko, splývají černé díry jsou nyní běžně detekovány téměř jednou týdně.
Sloučení společnosti černé díry má tři fáze. Když ti dva černé díry jsou široce odděleny, pomalu oběžná dráha navzájem vyzařující slabé gravitační vlny. Dvojhvězda se postupně posouvá k menším a menším oběžné dráze jak se energie systému ztrácí ve formě gravitační vlny. To je inspirační fáze koalescence. Další je fáze fúze když ti dva černé díry dostat se dostatečně blízko, aby se spojily a vytvořily jediný černá díra s pokřiveným tvarem. V této fázi jsou emitovány nejsilnější gravitační vlny (GW), které jsou nyní běžně detekovány a zaznamenávány observatořemi gravitačních vln.
Po fázi fúze následuje velmi krátká etapa tzv fáze vyzvánění přičemž výsledný singl je zkreslený černá díra rychle dosáhne stabilnějšího kulovitého nebo kulovitého tvaru. Gravitační vlny emitované ve fázi ringdown jsou tlumené a mnohem slabší než GWs uvolněné ve fázi sloučení. Stejně jako zvonek 'zvoní' nějakou dobu po zaseknutí, výsledný singl černá díra „prsteny“ po určitou dobu vyzařují mnohem slabší gravitační vlny před dosažením symetrické stabilní formy.
Slabé vícenásobné vyzváněcí frekvence gravitační vlny uvolněna během fáze ringdown sloučení dvou černé díry byly dosud nezjištěny.
Výzkumný tým byl nedávno úspěšný v detekci četných frekvencí gravitačních vln ve fázi ringdown binárního systému. černá díra událost sloučení GW190521. Hledali jednotlivé slábnoucí tóny ve vyzváněcích frekvencích, aniž by uvažovali o jakékoli souvislosti s frekvencemi a dobami tlumení, a byli úspěšní v identifikaci dvou režimů implikujících výslednou deformaci. černá díra po sloučení vysílat alespoň dvě frekvence. To bylo předpovězeno Einsteinovou obecnou teorií relativity, takže výsledek potvrzuje teorii. Dále výzkumníci porovnali frekvence a doby tlumení dvou režimů zazvonění nalezených při sloučení, aby otestovali „teorém bez vlasů“ (který černé díry jsou zcela charakterizovány hmotností a rotací a k popisu jejich rysů nejsou potřeba žádné další „vlasy“) a nenašli nic mimo obecnou relativitu.
Toto je milník, protože se všeobecně mělo za to, že pozorování četných vyzváněcích frekvencí nebude možné, dokud nebudou v budoucnu dostupné detektory gravitačních vln nové generace.
***
Zdroje:
- Capano, CD et al. 2023. Multimódové kvazinonormální spektrum z narušené černé díry. Fyzické kontrolní dopisy. sv. 131, Vydání 22. 1. prosince 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), 2023. Novinky – Pro koho zvoní černá díra. Dostupné v https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
