Spajanje dvoje Crne rupe ima tri faze: inspiralna faza, faza spajanja i faza prstena. Karakteristično gravitacijski valovi emitiraju se u svakoj fazi. Posljednja faza zvonjenja je vrlo kratka i kodira informacije o svojstvima finala Crna rupa. Reanaliza binarnih podataka Crna rupa događaj spajanja GW190521 pružio je, po prvi put, dokaz o značajnim naknadnim potresima spajanja u obliku dvije odvojene slabe frekvencije zvona koje je proizveo rezultirajući pojedinačni Crna rupa kako se smirio do stabilnog simetričnog oblika. Ovo je prva detekcija višestrukih frekvencija gravitacijskih valova u fazi smanjivanja zvona. Kao što zvono 'zvoni' neko vrijeme nakon što je zaglavljeno, dobiveni singl je iskrivljen Crna rupa nastali nakon spajanja 'zvoni' neko vrijeme ispuštajući slab gravitacijski valovi prije postizanja simetrične stabilne forme. I upravo način na koji oblik zvona određuje specifične frekvencije s kojima zvono zvoni, slično, prema teoremu o bez dlake, masa i vrtnja Crna rupa odrediti frekvencije zvonjenja. Dakle, ovaj razvoj utire put za korištenje frekvencija zvonjenja za proučavanje svojstava finala Crna rupa.
Crne rupe su masivni objekti s izrazito jakim gravitacijskim poljima. Kad dvije u orbiti Crne rupe spirale jedna oko druge i na kraju se spajaju, tkanina od prostor-vremena oko njih su poremećena što stvara valove gravitacijski valovi zračeći prema van. Od rujna 2015. kada je započela astronomija gravitacijskih valova s prvom detekcijom LIGO-a gravitacijski valovi nastao spajanjem dvaju Crne rupe 1.3 milijarde svjetlosnih godina daleko, stapaju se Crne rupe sada se rutinski otkrivaju gotovo jednom tjedno.
Spajanje Crne rupe ima tri faze. Kad su dvojica Crne rupe široko su razdvojeni, polako orbita međusobno emitirajući slabe gravitacijski valovi. Binarno se postupno pomiče na sve manje i manje orbite jer se energija sustava gubi u obliku gravitacijski valovi. Ovo je inspiralna faza koalescencije. Sljedeći je faza spajanja kada su dvojica Crne rupe približiti se dovoljno da se spoje u jedno Crna rupa s iskrivljenim oblikom. U ovoj fazi emitiraju se najjači gravitacijski valovi (GWs) koji sada rutinski otkrivaju i bilježe opservatoriji za gravitacijske valove.
Nakon faze spajanja slijedi vrlo kratka faza tzv ringdown faza pri čemu je rezultirajući pojedinačni iskrivljen Crna rupa brzo postiže stabilniji sferni ili sferoidni oblik. Gravitacijski valovi emitirani u fazi snižavanja zvona su prigušeni i mnogo slabiji od GW-ova koji se oslobađaju u fazi spajanja. Baš kao što zvono 'zvoni' neko vrijeme nakon zaglavljivanja, rezultirajući singl Crna rupa 'zvoni' neko vrijeme emitirajući mnogo slabije gravitacijski valovi prije postizanja simetrične stabilne forme.
Slabe višestruke frekvencije zvona gravitacijski valovi objavljeno tijekom faze spajanja dvoje Crne rupe do sada su bili neotkriveni.
Istraživački tim je nedavno bio uspješan u detektiranju višestrukih frekvencija gravitacijskih valova u fazi pada prstena binarnog Crna rupa događaj spajanja GW190521. Tražili su pojedinačne zamiruće tonove u frekvencijama zvonjenja bez razmatranja bilo kakve veze s frekvencijama i vremenima prigušenja i bili su uspješni u identificiranju dvaju načina koji impliciraju rezultirajuću deformaciju Crna rupa emitirao najmanje dvije frekvencije nakon spajanja. To je predvidjela Einsteinova opća teorija relativnosti, stoga rezultat potvrđuje teoriju. Nadalje, istraživači su usporedili frekvencije i vremena prigušenja dvaju načina zvonjenja pronađenih u događaju spajanja kako bi testirali "teorem bez kose" (koji Crne rupe potpuno su karakterizirani masom i vrtnjom i nije potrebna nikakva druga "dlaka" da bi se opisale njegove značajke) i nisu našli ništa izvan opće relativnosti.
Ovo je prekretnica jer se općenito smatralo da promatranje višestrukih frekvencija zvona neće biti moguće prije nego što sljedeća generacija detektora gravitacijskih valova postane dostupna u budućnosti.
***
Izvori:
- Capano, CD dr.. 2023. Multimodni kvazinormalni spektar iz poremećene crne rupe. Physical Review Letters. Vol. 131, broj 22. 1. prosinca 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), 2023. Vijesti – Za koga crna rupa zvoni. Dostupno u https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
