Sammenslåing av to svarte hull har tre stadier: inspirasjons-, fusjons- og ringdown-faser. Karakteristisk gravitasjonsbølger slippes ut i hver fase. Den siste ringdown-fasen er veldig kort og koder informasjon om egenskapene til finalen svart hull. Reanalyse av data fra binær svart hull fusjonshendelse GW190521 har for første gang gitt bevis på signatur etterskjelv av fusjonen i form av to separate svake ringdown-frekvenser produsert av den resulterende singelen svart hull da det slo seg ned til en stabil symmetrisk form. Dette er den første deteksjonen av flere gravitasjonsbølgefrekvenser i ringdown-stadiet. Akkurat som en bjelle 'ringer' en stund etter å ha blitt sittende fast, ble den resulterende singelen forvrengt svart hull dannet etter fusjonen 'ringer' i noen tid avgir svak gravitasjonsbølger før du oppnår symmetrisk stabil form. Og akkurat måten klokkens form bestemmer de spesifikke frekvensene som klokken ringer med, på samme måte, i henhold til no-hair-teoremet, masse og spinn til svart hull bestemme ringefrekvenser. Derfor baner denne utviklingen vei for bruk av ringdown-frekvenser for å studere egenskapene til finalen svart hull.
Svarte hull er massive objekter med ekstremt sterke gravitasjonsfelt. Når to bane rundt svarte hull spiral rundt hverandre og til slutt smelter sammen, stoffet av plass-tider rundt dem er forstyrret som skaper krusninger av gravitasjonsbølger stråler utover. Siden september 2015 da gravitasjonsbølgeastronomi begynte med LIGOs første påvisning av gravitasjonsbølger skapt ved sammenslåing av to svarte hull 1.3 milliarder lysår unna, smelter sammen svarte hull blir nå rutinemessig oppdaget nesten en gang hver uke.
Sammenslåingen av svarte hull har tre faser. Når de to svarte hull er vidt adskilt, de sakte bane hverandre avgir svakt gravitasjonsbølger. Binæren beveger seg gradvis til mindre og mindre baner som energien til systemet går tapt i form av gravitasjonsbølger. Dette er inspirerende fase av koalescens. Den neste er fusjonsfasen når de to svarte hull komme nær nok til å smelte sammen for å danne en singel svart hull med forvrengt form. De sterkeste gravitasjonsbølgene (GWs) sendes ut på dette stadiet som nå rutinemessig oppdages og registreres av gravitasjonsbølgeobservatorier.
Fusjonsfasen etterfølges av en veldig kort fase kalt ringdown-stadiet hvori den resulterende singelen forvrengt svart hull oppnår raskt mer stabil sfærisk eller sfærisk form. Gravitasjonsbølger som slippes ut i ringdown-fasen er dempet og mye svakere enn GW-ene som slippes ut i fusjonsfasen. Akkurat som en bjelle 'ringer' en stund etter å ha blitt sittende fast, den resulterende singelen svart hull 'ringer' i noen tid og avgir mye svakere gravitasjonsbølger før du oppnår symmetrisk stabil form.
De svake flere ringdown-frekvensene til gravitasjonsbølger utgitt under ringdown-fasen av sammenslåing av to svarte hull var uoppdaget så langt.
Et forskerteam har nylig hatt suksess med å oppdage flere gravitasjonsbølgefrekvenser i ringdown-stadiet av binær svart hull fusjonsarrangement GW190521. De søkte etter individuelle fadingtoner i ringdown-frekvensene uten å vurdere noen sammenheng med frekvenser og dempingstider og lyktes med å identifisere to moduser som antydet den resulterende deformerte svart hull sendte ut minst to frekvenser etter fusjonen. Dette ble spådd av Einsteins generelle relativitetsteori, og resultatet bekrefter derfor teorien. Videre sammenlignet forskere frekvensene og dempingstidene til de to ringdown-modusene som ble funnet i fusjonshendelsen for å teste "no-hair-teoremet" (som svarte hull er fullstendig preget av masse og spinn og ingen andre "hår" er nødvendig for å beskrive dens funksjoner) og fant ingenting utover generell relativitetsteori.
Dette er en milepæl fordi det ble antatt at observasjon av flere ringdown-frekvenser ikke ville være mulig før neste generasjons gravitasjonsbølgedetektorer blir tilgjengelige i fremtiden.
***
kilder:
- Capano, CD et al. 2023. Multimode kvasinormalt spektrum fra et forstyrret svart hull. Fysiske gjennomgangsbrev. Vol. 131, utgave 22. 1. desember 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik(Albert-Einstein-Institut), 2023. Nyheter – For hvem det svarte hullet ringer. Tilgjengelig i https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
