Kahe ühinemine mustad augud Sellel on kolm etappi: inspiratsiooni-, ühinemis- ja ringdown-faas. Iseloomulik gravitatsioonilised lained eralduvad igas faasis. Viimane ringhäälingu faas on väga lühike ja kodeerib teavet lõpliku omaduste kohta must auk. Andmete ümberanalüüs kahendfailist must auk ühinemissündmus GW190521 on esimest korda esitanud tõendid ühinemise allkirja järeltõugete kohta kahe eraldiseisva nõrga helina sageduse kujul, mille on tekitanud tulemuseks üks must auk kui see asus stabiilsele sümmeetrilisele kujule. See on esimene korduva gravitatsioonilaine sageduse tuvastamine ringdowni etapis. Just nagu kelluke pärast kinnijäämist mõnda aega "heliseb", moondub saadud singel must auk moodustub pärast ühinemise "helisemist" mõnda aega ja kiirgab nõrkust gravitatsioonilised lained enne sümmeetrilise stabiilse vormi saavutamist. Ja just kella kuju määrab konkreetsed sagedused, millega kelluke heliseb, sarnaselt karvavaba teoreemiga, kella massi ja spina. must auk määrata helisemise sagedused. Seega sillutab see areng teed ringhäälingu sageduste kasutamiseks lõpliku omaduste uurimiseks must auk.
Mustad augud on massiivsed objektid, millel on äärmiselt tugev gravitatsiooniväli. Kui kaks orbiidil mustad augud spiraalselt üksteise ümber ja lõpuks ühinevad, kangast ruum-aeg nende ümber on häiritud, mis tekitab lainetust gravitatsioonilised lained kiirgab väljapoole. Alates 2015. aasta septembrist, mil gravitatsioonilainete astronoomia algas LIGO esimese gravitatsioonilised lained tekkis kahe ühinemisel mustad augud 1.3 miljardi valgusaasta kaugusel, ühinevad mustad augud avastatakse nüüd rutiinselt peaaegu kord nädalas.
Ühinemine mustad augud on kolm faasi. Kui kaks mustad augud on laialt eraldatud, nad aeglaselt orbiit üksteist kiirgavad nõrgalt gravitatsioonilained. Binaar liigub järk-järgult väiksemaks ja väiksemaks orbiidid kuna süsteemi energia kaob kujul gravitatsioonilised lained. See on inspiratsioonifaas ühinemisest. Järgmine on ühinemisfaas kui kaks mustad augud jõuda singli moodustamiseks ühinemiseks piisavalt lähedale must auk moonutatud kujuga. Selles etapis kiirgatakse tugevaimaid gravitatsioonilaineid (GW), mida gravitatsioonilainete vaatluskeskused nüüd rutiinselt tuvastavad ja registreerivad.
Ühinemisfaasile järgneb väga lühike etapp nn ringdown etapp kusjuures saadud üksik on moonutatud must auk saavutab kiiresti stabiilsema sfäärilise või kerakujulise vormi. Gravitatsioonilained eraldumise faasis eralduvad GW-d on summutatud ja palju nõrgemad kui ühinemisfaasis vabanevad GW-d. Nii nagu kelluke "heliseb" mõnda aega pärast kinnijäämist, tekib singel must auk "heliseb" mõnda aega palju nõrgemalt gravitatsioonilised lained enne sümmeetrilise stabiilse vormi saavutamist.
Nõrk mitmekordne helina sagedus gravitatsioonilised lained vabastati kahe ühinemise faasis mustad augud olid seni avastamata.
Uurimisrühmal on viimasel ajal õnnestunud tuvastada mitut gravitatsioonilainete sagedust kahendsüsteemi ringdown-faasis. must auk ühinemissündmus GW190521. Nad otsisid üksikuid hääbuvaid toone helina sagedustest, võtmata arvesse seost sageduste ja summutusaegadega ning tuvastasid edukalt kaks režiimi, mis viitavad sellest tulenevale deformatsioonile. must auk pärast ühinemist väljastasid vähemalt kaks sagedust. Seda ennustas Einsteini üldrelatiivsusteooria, seega kinnitab tulemus teooriat. Lisaks võrdlesid teadlased ühinemissündmuses leitud kahe helisemise režiimi sagedusi ja sumbumisaegu, et testida "juusteta teoreemi" (see mustad augud neid iseloomustavad täielikult mass ja pöörlemine ning selle tunnuste kirjeldamiseks pole vaja muid "juukseid") ja ei leidnud midagi peale üldrelatiivsusteooria.
See on verstapost, sest laialdaselt arvati, et mitmete helinasageduste jälgimine pole võimalik enne, kui järgmise põlvkonna gravitatsioonilainete detektorid tulevikus kättesaadavaks muutuvad.
***
Allikad:
- Capano, CD et al. 2023. Mitmemoodiline kvaasinormaalne spekter häiritud mustast august. Füüsilise ülevaate kirjad. Vol. 131, 22. väljaanne. 1. detsember 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), 2023. Uudised – Kelle jaoks heliseb must auk. Saadaval aadressil https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
