Zlúčenie dvoch čierne diery má tri stupne: inšpiračnú, zlučovaciu a prstencovú fázu. Charakteristický gravitačné vlny sú emitované v každej fáze. Posledná fáza vyzváňania je veľmi stručná a kóduje informácie o vlastnostiach finále čierna diera. Opätovná analýza údajov z binárnych údajov čierna diera udalosť zlúčenia GW190521 po prvý raz poskytla dôkaz o následných otrasoch spojených s fúziou vo forme dvoch samostatných slabých frekvencií zvonenia vytvorených výsledným čierna diera ako sa ustálilo do stabilnej symetrickej formy. Toto je prvá detekcia viacerých frekvencií gravitačných vĺn v štádiu zvonenia. Rovnako ako zvon po zaseknutí nejaký čas 'zvoní', výsledný singel sa skresľuje čierna diera vzniknuté po zlúčení nejaký čas „zvoní“ vyžarujúce slabé gravitačné vlny pred dosiahnutím symetrického stabilného tvaru. A práve tvar zvonu určuje špecifické frekvencie, s ktorými zvon zvoní, podobne ako podľa vety bez vlasov, hmotnosť a rotácia čierna diera určiť frekvenciu zvonenia. Preto tento vývoj pripravuje pôdu pre použitie vyzváňacích frekvencií na štúdium vlastností finále čierna diera.
Čierne diery sú masívne objekty s extrémne silnými gravitačnými poľami. Keď dvaja obiehajúce čierne diery špirála okolo seba a nakoniec splývajú, tkanina z priestor-časy okolo nich sú narušené, čo vytvára vlnky z gravitačné vlny vyžarujúce smerom von. Od septembra 2015, kedy začala astronómia gravitačných vĺn s prvou detekciou LIGO gravitačné vlny vznikli zlúčením dvoch čierne diery 1.3 miliardy svetelných rokov ďaleko, splývajú čierne diery sa teraz bežne zisťujú takmer raz za týždeň.
Zlúčenie spoločností čierne diery má tri fázy. Keď dvaja čierne diery sú široko oddelené, pomaly obežná dráha navzájom vyžarujúce slabé gravitačné vlny. Dvojhviezda sa postupne presúva na menšie a menšie orbity ako sa energia systému stráca vo forme gravitačné vlny. To je inšpiračná fáza koalescencie. Ďalšia je fáza fúzie keď tí dvaja čierne diery dostať sa dostatočne blízko, aby sa spojili a vytvorili jediný čierna diera so zdeformovaným tvarom. V tomto štádiu sa vyžarujú najsilnejšie gravitačné vlny (GW), ktoré sú teraz bežne detekované a zaznamenávané observatóriami gravitačných vĺn.
Po fáze fúzie nasleduje veľmi krátka etapa tzv štádium zvonenia pričom výsledný jeden skreslený čierna diera rýchlo dosiahne stabilnejší guľovitý alebo guľovitý tvar. Gravitačné vlny emitované vo fáze znižovania sú tlmené a oveľa slabšie ako GW uvoľnené vo fáze zlučovania. Tak ako po prilepení nejaký čas zvoní zvonček, výsledný singel čierna diera „prstene“ nejaký čas vyžarujú oveľa slabšie gravitačné vlny pred dosiahnutím symetrického stabilného tvaru.
Slabé frekvencie viacerých zvonení gravitačné vlny uvoľnené počas fázy zlučovania zlúčenia dvoch čierne diery boli doteraz nezistené.
Výskumný tím bol nedávno úspešný pri detekcii viacerých frekvencií gravitačných vĺn v štádiu zvonenia binárnych čierna diera udalosť zlúčenia GW190521. Hľadali jednotlivé slabnúce tóny vo frekvenciách zvonenia bez toho, aby zohľadnili akýkoľvek vzťah s frekvenciami a časmi tlmenia, a boli úspešní pri identifikácii dvoch režimov, z ktorých vyplýva výsledná deformácia. čierna diera po zlúčení emitovali aspoň dve frekvencie. Toto bolo predpovedané Einsteinovou všeobecnou teóriou relativity, takže výsledok potvrdzuje teóriu. Ďalej výskumníci porovnali frekvencie a časy tlmenia dvoch režimov zvonenia nájdených v prípade zlúčenia, aby otestovali „teorém bez vlasov“ (ktorý čierne diery sú úplne charakterizované hmotnosťou a rotáciou a nie sú potrebné žiadne ďalšie „vlasy“ na opis ich vlastností) a nenašli nič nad rámec všeobecnej relativity.
Toto je míľnik, pretože sa všeobecne predpokladalo, že pozorovanie viacerých frekvencií zvonenia nebude možné, kým budú v budúcnosti dostupné detektory gravitačných vĺn ďalšej generácie.
***
Zdroje:
- Capano, CD et al. 2023. Multimódové kvázinormálne spektrum z narušenej čiernej diery. Fyzické prehľadové listy. Vol. 131, vydanie 22. 1. decembra 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik(Albert-Einstein-Institut), 2023. Novinky – Pre koho zvoní čierna diera. Dostupný v https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
