Sammenlægning af to sorte huller har tre faser: inspirations-, fusions- og ringdown-faser. Egenskab gravitationsbølger udsendes i hver fase. Den sidste ringdown fase er meget kort og koder information om egenskaber af endelig sort hul. Genanalyse af data fra binær sort hul fusionsbegivenhed GW190521 har for første gang fremlagt bevis for signaturefterskælv af fusionen i form af to separate svage ringdown-frekvenser produceret af den resulterende single sort hul da det lagde sig ned til en stabil symmetrisk form. Dette er den første detektering af flere gravitationsbølgefrekvenser i ringdown-stadiet. Ligesom en klokke 'ringer' i nogen tid efter at have siddet fast, blev den resulterende single forvrænget sort hul dannet efter fusionen 'ringer' i nogen tid udsender svag gravitationsbølger før der opnås symmetrisk stabil form. Og bare klokkens form bestemmer de specifikke frekvenser, som klokken ringer med, på samme måde ifølge no-hair-sætningen, masse og spin af sort hul bestemme ringdown-frekvenser. Derfor baner denne udvikling vejen for brug af ringdown-frekvenser til at studere egenskaber ved endelig sort hul.
Sorte huller er massive objekter med ekstremt stærke gravitationsfelter. Når to kredser sorte huller spiral omkring hinanden og til sidst smelter sammen, stoffet af plads-tider omkring dem er forstyrret, der skaber krusninger af gravitationsbølger stråler udad. Siden september 2015, hvor gravitationsbølgeastronomi begyndte med LIGOs første påvisning af gravitationsbølger skabt ved sammenlægning af to sorte huller 1.3 milliarder lysår væk, smelter sammen sorte huller opdages nu rutinemæssigt næsten en gang om ugen.
Fusionen af sorte huller har tre faser. Når de to sorte huller er vidt adskilte, de langsomt Orbit hinanden udsender svage gravitationsbølger. Den binære bevæger sig gradvist til mindre og mindre baner da systemets energi går tabt i form af gravitationsbølger. Dette er inspirerende fase af sammensmeltning. Det næste er fusionsfasen når de to sorte huller komme tæt nok til at smelte sammen til at danne en enkelt sort hul med forvrænget form. De stærkeste gravitationsbølger (GW'er) udsendes på dette stadium, som nu rutinemæssigt detekteres og registreres af gravitationsbølgeobservatorier.
Fusionsfasen efterfølges af en meget kort fase kaldet ringdown fase hvor den resulterende enkelt forvrænges sort hul opnår hurtigt mere stabil sfærisk eller sfæroid form. Tyngdekraftsbølger udsendt i ringdown-fasen er dæmpede og meget svagere end de GW'er, der frigives i fusionsfasen. Ligesom en klokke 'ringer' i nogen tid efter at have siddet fast, den resulterende single sort hul 'ringer' i nogen tid og udsender meget svagere gravitationsbølger før der opnås symmetrisk stabil form.
De svage multiple ringdown-frekvenser på gravitationsbølger frigivet under nedringningsfasen af fusion af to sorte huller var hidtil uopdaget.
Et forskerhold har for nylig haft succes med at detektere flere gravitationsbølgefrekvenser i ringdown-stadiet af binær sort hul fusionsbegivenhed GW190521. De søgte efter individuelle fading-toner i ringdown-frekvenserne uden at overveje nogen sammenhæng med frekvenser og dæmpningstider og lykkedes med at identificere to tilstande, der indebar den resulterende deformerede sort hul udsendte mindst to frekvenser efter fusionen. Dette blev forudsagt af Einsteins generelle relativitetsteori, og resultatet bekræfter derfor teorien. Yderligere sammenlignede forskere frekvenserne og dæmpningstider for de to ringdown-tilstande fundet i fusionshændelsen for at teste "no-hair-sætningen" (det sorte huller er fuldstændig karakteriseret ved masse og spin, og der er ikke behov for andet "hår" for at beskrive dets funktioner) og fandt intet ud over den generelle relativitetsteori.
Dette er en milepæl, fordi det var almindeligt antaget, at observation af flere ringdown-frekvenser ikke ville være mulig, før næste generation af gravitationsbølgedetektorer bliver tilgængelige i fremtiden.
***
kilder:
- Capano, CD et al. 2023. Multimode kvasinormalt spektrum fra et forstyrret sort hul. Fysiske anmeldelsesbreve. Vol. 131, udgave 22. 1. december 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik(Albert-Einstein-Institut), 2023. Nyheder – For hvem ringer det sorte hul. Tilgængelig kl https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
