Fusie van twee zwarte gaten kent drie fasen: inspiratie-, fusie- en ringdown-fasen. Kenmerkend zwaartekrachtgolven worden in elke fase uitgezonden. De laatste ringdown-fase is zeer kort en codeert informatie over de eigenschappen van final zwart gat. Heranalyse van gegevens uit binair bestand zwart gat fusiegebeurtenis GW190521 heeft voor het eerst bewijs geleverd van de kenmerkende naschokken van de fusie in de vorm van twee afzonderlijke zwakke ringdown-frequenties geproduceerd door de resulterende enkele zwart gat terwijl het zich vestigde in een stabiele symmetrische vorm. Dit is de eerste detectie van meerdere zwaartekrachtgolffrequenties in de ringdown-fase. Net zoals een bel een tijdje 'rinkelt' nadat hij vastzit, vervormt de resulterende single zwart gat gevormd na de fusie 'rinkelt' enige tijd en straalt zwak uit zwaartekrachtgolven voordat een symmetrische stabiele vorm wordt bereikt. En precies de manier waarop de vorm van de bel de specifieke frequenties bepaalt waarmee de bel luidt, op dezelfde manier, volgens de stelling zonder haar, de massa en de rotatie van de bel. zwart gat belfrequenties bepalen. Deze ontwikkeling maakt dus de weg vrij voor het gebruik van ringdown-frequenties om de eigenschappen van finale te bestuderen zwart gat.
Zwarte gaten zijn massieve objecten met extreem sterke zwaartekrachtvelden. Wanneer twee baan zwarte gaten spiraal rond elkaar en uiteindelijk samenvloeien, het weefsel van ruimte-de tijden om hen heen zijn verstoord waardoor rimpelingen ontstaan zwaartekrachtgolven naar buiten uitstralend. Sinds september 2015, toen de zwaartekrachtgolfastronomie begon met LIGO's eerste detectie van zwaartekrachtgolven gegenereerd door de fusie van twee zwarte gaten 1.3 miljard lichtjaar verwijderd, samensmeltend zwarte gaten worden nu routinematig bijna één keer per week gedetecteerd.
De fusie van zwarte gaten kent drie fasen. Wanneer de twee zwarte gaten zijn ver van elkaar verwijderd, ze langzaam baan elkaar zendt zwak uit zwaartekracht golven. Het binaire bestand wordt geleidelijk kleiner en kleiner banen omdat de energie van het systeem verloren gaat in de vorm van zwaartekrachtgolven. Dit is inspirerende fase van coalescentie. De volgende is fusie fase wanneer de twee zwarte gaten kom dichtbij genoeg om samen te smelten en één geheel te vormen zwart gat met vervormde vorm. In dit stadium worden de sterkste zwaartekrachtgolven (GW's) uitgezonden, die nu routinematig worden gedetecteerd en geregistreerd door zwaartekrachtgolfobservatoria.
De fusiefase wordt gevolgd door een zeer korte fase genaamd ringdown-fase waarbij de resulterende single vervormd is zwart gat bereikt snel een stabielere bolvormige of bolvormige vorm. Zwaartekrachtgolven uitgestoten in de ringdown-fase zijn gedempt en veel zwakker dan de GW's die vrijkomen in de fusiefase. Net zoals een bel een tijdje 'rinkelt' nadat hij vastzit, de resulterende single zwart gat 'ringen' gedurende enige tijd en zenden veel zwakker uit zwaartekrachtgolven voordat een symmetrische stabiele vorm wordt bereikt.
De zwakke meervoudige beltoonfrequenties van zwaartekrachtgolven vrijgegeven tijdens de ringdown-fase van de fusie van twee zwarte gaten waren tot nu toe onopgemerkt gebleven.
Een onderzoeksteam is onlangs succesvol geweest in het detecteren van meerdere zwaartekrachtgolffrequenties in de ringdown-fase van binair zwart gat fusiegebeurtenis GW190521. Ze zochten naar individuele vervagende tonen in de terugbelfrequenties zonder rekening te houden met enige relatie met frequenties en dempingstijden, en waren succesvol in het identificeren van twee modi die de resulterende vervormde tonen impliceerden. zwart gat heeft na de fusie ten minste twee frequenties uitgezonden. Dit werd voorspeld door de algemene relativiteitstheorie van Einstein en daarom bevestigt het resultaat de theorie. Verder vergeleken onderzoekers de frequenties en dempingstijden van de twee ringdown-modi die bij de fusie werden aangetroffen om de ‘geen haar-stelling’ te testen (dat zwarte gaten worden volledig gekenmerkt door massa en spin en er is geen ander ‘haar’ nodig om de kenmerken ervan te beschrijven) en hebben niets gevonden buiten de algemene relativiteitstheorie.
Dit is een mijlpaal omdat algemeen werd aangenomen dat observatie van meerdere ringdown-frequenties niet mogelijk zou zijn voordat de volgende generatie zwaartekrachtgolfdetectoren in de toekomst beschikbaar zouden komen.
***
Bronnen:
- Capano, cd c.s.. 2023. Multimode quasinormaal spectrum van een verstoord zwart gat. Fysieke beoordelingsbrieven. Vol. 131, uitgave 22. 1 december 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), 2023. Nieuws – Voor wie het zwarte gat klinkt. Verkrijgbaar bij https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
