Kahden yhdistyminen mustat aukot on kolme vaihetta: inspiraatio-, fuusio- ja ringdown-vaihe. Ominaista gravitaation aallot säteilevät kussakin vaiheessa. Viimeinen soittovaihe on hyvin lyhyt ja koodaa tietoa lopputuloksen ominaisuuksista musta aukko. Binääritietojen uudelleenanalyysi musta aukko sulautumistapahtuma GW190521 on ensimmäistä kertaa toimittanut todisteita sulautumisen allekirjoittaneista jälkijäristyksistä kahden erillisen vaimean soittoäänen muodossa, jonka tuloksena oleva yksittäinen taajuus on tuottanut musta aukko kun se asettui vakaaseen symmetriseen muotoon. Tämä on ensimmäinen useiden gravitaatioaaltojen taajuuksien havaitseminen soittoäänen laskuvaiheessa. Aivan kuten kello "soi" jonkin aikaa juuttumisen jälkeen, tuloksena oleva single vääristyy musta aukko muodostuu sen jälkeen, kun fuusio "soi" jonkin aikaa lähettäen heikkoa gravitaation aallot ennen kuin saavutetaan symmetrinen vakaa muoto. Ja vain kellon muoto määrittää tietyt taajuudet, joilla kello soi, samoin kuin no-hair -lauseen, massan ja spinin musta aukko määrittää soittoäänitaajuudet. Näin ollen tämä kehitys tasoittaa tietä ringdown-taajuuksien käytölle lopullisten ominaisuuksien tutkimiseen musta aukko.
Mustat aukot ovat massiivisia esineitä, joilla on erittäin vahvat gravitaatiokentät. Kun kaksi kiertävät mustat aukot kierre toistensa ympärille ja lopulta sulautuu yhteen, kangas tila-ajat niiden ympärillä ovat häiriintyneet, mikä luo väreitä gravitaation aallot säteilee ulospäin. Syyskuusta 2015 lähtien, jolloin gravitaatioaaltoastronomia alkoi LIGO:n ensimmäisellä havainnolla. gravitaation aallot syntyy kahden yhdistymisen seurauksena mustat aukot 1.3 miljardin valovuoden päässä, sulautuvat mustat aukot havaitaan nykyään rutiininomaisesti lähes kerran viikossa.
Fuusio mustat aukot on kolme vaihetta. Kun kaksi mustat aukot ovat kaukana toisistaan, ne hitaasti kiertorata toisiaan säteilevät heikosti gravitaatioaaltoja. Binääri siirtyy vähitellen pienemmäksi ja pienemmäksi kiertoradat koska järjestelmän energia häviää muodossa gravitaation aallot. Tämä on inspiroiva vaihe sulautumisesta. Seuraava on sulautumisvaihe kun kaksi mustat aukot päästä tarpeeksi lähelle sulautuakseen yhteen muodostaakseen yhden musta aukko vääristyneen muodon kanssa. Tässä vaiheessa lähetetään voimakkaimpia gravitaatioaaltoja (GW), jotka gravitaatioaaltojen observatoriot havaitsevat ja tallentavat nyt rutiininomaisesti.
Sulautumisvaihetta seuraa hyvin lyhyt vaihe nimeltään soittovaihe jolloin tuloksena oleva yksittäinen vääristyy musta aukko saavuttaa nopeasti vakaamman pallomaisen tai pallomaisen muodon. Painovoima -aallot Ringdown-vaiheessa emittoidut GW:t ovat vaimennettuja ja paljon himmeämpiä kuin sulautumisvaiheessa vapautuneet GW:t. Aivan kuten kello "soi" jonkin aikaa juuttumisen jälkeen, tuloksena oleva sinkku musta aukko "soi" jonkin aikaa lähettäen paljon himmeämmin gravitaation aallot ennen kuin saavutetaan symmetrinen vakaa muoto.
Heikot useiden soittoäänien taajuudet gravitaation aallot julkaistiin kahden sulautumisen loppuvaiheessa mustat aukot ovat olleet toistaiseksi huomaamatta.
Tutkimusryhmä on äskettäin onnistunut havaitsemaan useita gravitaatioaaltojen taajuuksia binäärien renkaan alasvaiheessa. musta aukko fuusiotapahtuma GW190521. He etsivät yksittäisiä häipyviä ääniä soittoäänen alastaajuuksilta ottamatta huomioon mitään yhteyttä taajuuksiin ja vaimennusaikoihin ja onnistuivat tunnistamaan kaksi tilaa, jotka viittaavat tuloksena olevaan epämuodostumaan. musta aukko lähetti vähintään kaksi taajuutta sulautumisen jälkeen. Tämän ennusti Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria, joten tulos vahvistaa teorian. Lisäksi tutkijat vertasivat fuusiotapahtumassa löydettyjen kahden ringdown-moodin taajuuksia ja vaimennusaikoja testatakseen "no-hair -teoreemaa" (että mustat aukot on täysin tunnusomaista massa ja spin, eikä muita "hiuksia" tarvita kuvaamaan sen piirteitä) eivätkä löytäneet mitään yleisen suhteellisuusteorian lisäksi.
Tämä on virstanpylväs, koska laajalti ajateltiin, että useiden soittoäänien taajuuksien havainnointi ei olisi mahdollista ennen kuin seuraavan sukupolven gravitaatioaaltoilmaisimia tulee saataville tulevaisuudessa.
***
Lähteet:
- Capano, CD et ai. 2023. Monimuotoinen kvasinormaali spektri häiriintyneestä mustasta aukosta. Physical Review Letters. Voi. 131, numero 22. 1. joulukuuta 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), 2023. Uutisia – Kenelle musta aukko soi. Saatavilla https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
