Združitev dveh črne luknje ima tri stopnje: inspiralno fazo, fazo združitve in fazo ringdown. Značilno gravitacijski valovi se oddajajo v vsaki fazi. Zadnja faza zvonjenja je zelo kratka in kodira informacije o lastnostih končne Črna luknja. Ponovna analiza binarnih podatkov Črna luknja dogodek združitve GW190521 je prvič zagotovil dokaze o značilnih popotresnih sunkih združitve v obliki dveh ločenih šibkih frekvenc zvonjenja, ki jih povzroči nastali enojni Črna luknja ko se je ustalila v stabilno simetrično obliko. To je prvo zaznavanje več frekvenc gravitacijskih valov v fazi zvonjenja. Tako kot zvonec 'zvoni' nekaj časa po zataknjenju, nastali singel je popačen Črna luknja nastali po združitvi 'zvoni' nekaj časa oddajajo šibko gravitacijski valovi preden dosežemo simetrično stabilno obliko. In samo oblika zvona določa specifične frekvence, s katerimi zvon zvoni, podobno kot po teoremu o brez las, masa in vrtenje Črna luknja določite frekvence zvonjenja. Zato ta razvoj utira pot za uporabo frekvenc zvonjenja za preučevanje lastnosti končnega Črna luknja.
Črne luknje so masivni objekti z izjemno močnimi gravitacijskimi polji. Ko dva v orbiti črne luknje spiralno drug okoli drugega in se sčasoma združijo, tkanina iz prostor-časi okoli njih so moteni, kar ustvarja valovanje gravitacijski valovi ki sevajo navzven. Od septembra 2015, ko se je astronomija gravitacijskih valov začela s prvim odkrivanjem LIGO gravitacijski valovi nastala z združitvijo dveh črne luknje 1.3 milijarde svetlobnih let stran, se združujeta črne luknje zdaj rutinsko odkrijejo skoraj enkrat na teden.
Združitev črne luknje ima tri faze. Ko sta dva črne luknje so močno narazen, se počasi orbita drug drugega oddajata šibko gravitacijski valovi. Dvojiška datoteka se postopoma pomika v manjšo in manjšo orbite saj se energija sistema izgubi v obliki gravitacijski valovi. To inspiralno fazo koalescence. Naslednji je fazo združitve ko sta črne luknje se dovolj približati, da se združita v eno samo Črna luknja s popačeno obliko. Na tej stopnji se oddajajo najmočnejši gravitacijski valovi (GW), ki jih observatoriji za gravitacijske valove zdaj rutinsko zaznavajo in beležijo.
Fazi združevanja sledi zelo kratka faza, imenovana stopnja zvonjenja pri čemer je nastala enotna popačena Črna luknja hitro doseže bolj stabilno sferično ali sferoidno obliko. Gravitacijski valovi oddani v fazi zvonjenja so zadušeni in precej šibkejši od GW, sproščenih v fazi združevanja. Tako kot zvonec nekaj časa po zagozditvi nastane singel Črna luknja 'zvoni' nekaj časa, ki oddajajo precej šibkeje gravitacijski valovi preden dosežemo simetrično stabilno obliko.
Šibke frekvence večkratnega zvonjenja gravitacijski valovi izdan med fazo ringdown združitve dveh črne luknje bili doslej neodkriti.
Raziskovalna skupina je nedavno uspela zaznati več frekvenc gravitacijskih valov v fazi zmanjševanja zvonjenja binarnega sistema. Črna luknja dogodek združitve GW190521. Iskali so posamezne pojemajoče tone v frekvencah zvonjenja, ne da bi upoštevali kakršno koli povezavo s frekvencami in časi dušenja, in bili uspešni pri identifikaciji dveh načinov, ki nakazujeta nastalo deformacijo Črna luknja po združitvi oddajali vsaj dve frekvenci. To je napovedala Einsteinova splošna teorija relativnosti, zato rezultat potrjuje teorijo. Poleg tega so raziskovalci primerjali frekvence in čase dušenja dveh načinov zvonjenja, ki sta bila ugotovljena v dogodku združitve, da bi preizkusili "teorem brez las" (to črne luknje so popolnoma označeni z maso in vrtenjem in za opis njegovih značilnosti ni potreben noben drug »las«) in niso našli ničesar, kar bi preseglo splošno relativnost.
To je mejnik, saj je bilo splošno mnenje, da opazovanje večkratnih frekvenc zvonjenja ne bo mogoče, preden bodo v prihodnosti na voljo detektorji gravitacijskih valov naslednje generacije.
***
Viri:
- Capano, CD sod. 2023. Večmodni kvazinormalni spekter iz motene črne luknje. Physical Review Letters. vol. 131, številka 22. 1. december 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), 2023. Novice – Komu črna luknja zvoni. Na voljo na https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
