ADVERTENTIE

Samensmelting van zwarte gaten: de eerste detectie van meerdere ringdown-frequenties   

De fusie van twee zwarte gaten kent drie fasen: de inspiratie-, fusie- en ringdown-fase. In elke fase worden karakteristieke zwaartekrachtgolven uitgezonden. De laatste ringdown-fase is zeer kort en codeert informatie over de eigenschappen van het uiteindelijke zwarte gat. Heranalyse van gegevens van de samensmelting van binaire zwarte gaten 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 het resulterende enkele zwarte gat toen het zich vestigde in een stabiele symmetrische vorm . Dit is de eerste detectie van meerdere zwaartekrachtgolffrequenties in de ringdown-fase. Net zoals een bel enige tijd 'rinkelt' nadat hij vastzit, 'ringt' het resulterende, na de samensmelting gevormde, enkele vervormde zwarte gat enige tijd en zendt zwakke zwaartekrachtgolven uit voordat het een symmetrische stabiele vorm bereikt. En net zoals de vorm van de bel de specifieke frequenties bepaalt waarmee de bel luidt, bepalen ook de massa en de spin van het zwarte gat de afbelfrequenties, volgens de stelling zonder haar. Deze ontwikkeling maakt dus de weg vrij voor het gebruik van ringdown-frequenties om de eigenschappen van het uiteindelijke zwarte gat te bestuderen.  

Zwarte gaten zijn massieve objecten met extreem sterke zwaartekrachtvelden. Wanneer twee in een baan rond elkaar draaiende zwarte gaten spiraalvormig om elkaar heen draaien en uiteindelijk samensmelten, wordt het weefsel van de ruimte-tijden om hen heen verstoord, waardoor rimpelingen van zwaartekrachtsgolven ontstaan ​​die naar buiten uitstralen. Sinds september 2015, toen de zwaartekrachtgolfastronomie begon met LIGO's eerste detectie van zwaartekrachtgolven die worden gegenereerd door de samensmelting van twee zwarte gaten op 1.3 miljard lichtjaar afstand, worden samensmeltende zwarte gaten nu routinematig bijna één keer per week gedetecteerd.   

De fusie van zwarte gaten kent drie fasen. Wanneer de twee zwarte gaten ver van elkaar verwijderd zijn, draaien ze langzaam om elkaar heen en zenden ze zwakke zwaartekrachtgolven uit. Het binaire getal beweegt geleidelijk naar kleinere en kleinere banen naarmate 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 dichtbij genoeg komen om samen te smelten en één enkel zwart gat met een vervormde vorm te vormen. 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 het resulterende enkele vervormde zwarte gat snel een stabielere bolvormige of sferoïdale vorm bereikt. Zwaartekrachtgolven uitgestoten in de ringdown-fase zijn gedempt en veel zwakker dan de GW's die vrijkomen in de fusiefase. Net zoals een bel enige tijd 'rinkelt' nadat hij vastzit, 'ringt' het resulterende zwarte gat enige tijd veel zwakkere zwaartekrachtgolven uit voordat het een symmetrische stabiele vorm bereikt.  

De zwakke, meervoudige afzwakkingsfrequenties van zwaartekrachtsgolven die vrijkomen tijdens de afzwakkingsfase van de samensmelting van twee zwarte gaten, zijn tot nu toe onopgemerkt gebleven.  

Een onderzoeksteam is onlangs succesvol geweest in het detecteren van meerdere zwaartekrachtgolffrequenties in de ringdown-fase van de samensmelting van binaire zwarte gaten GW190521. Ze zochten naar individuele vervagende tonen in de ringdown-frequenties zonder rekening te houden met enige relatie met frequenties en dempingstijden, en waren succesvol in het identificeren van twee modi, wat impliceerde dat het resulterende vervormde zwarte gat na de fusie ten minste twee frequenties uitzond. 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 gevonden om de ‘no-hair-theorema’ te testen (dat zwarte gaten volledig worden gekenmerkt door massa en spin en dat er geen ander ‘haar’ nodig is om de ‘no-hair’-stelling) te beschrijven. kenmerken) en vond niets 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:   

  1. 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  
  2. 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 

*** 

Umes Prasad
Umes Prasad
Wetenschapsjournalist | Oprichter en redacteur, Scientific European magazine

Abonneer u op onze nieuwsbrief

Om op de hoogte te blijven van het laatste nieuws, aanbiedingen en speciale aankondigingen.

Meest populaire artikelen

COVID-19: Nationale Lockdown in het VK

Om de NHS te beschermen en levens te redden., National Lockdown...

Cafeïneconsumptie leidt tot vermindering van het volume grijze stof

Een recente menselijke studie toonde aan dat slechts 10 dagen...

Toekomst van op adenovirus gebaseerde COVID-19-vaccins (zoals Oxford AstraZeneca) in het licht van recente...

Drie adenovirussen die als vectoren worden gebruikt om COVID-19-vaccins te produceren,...
- Advertentie -
94,899FansLike
47,778volgersVolg
1,772volgersVolg
30abonneesInschrijven