Penggabungan dua lubang hitam mempunyai tiga peringkat: fasa inspiral, penggabungan dan ringdown. Ciri gelombang graviti dipancarkan dalam setiap fasa. Fasa ringdown terakhir adalah sangat ringkas dan mengekod maklumat tentang sifat akhir lubang hitam. Analisis semula data daripada binari lubang hitam acara penggabungan GW190521 telah menyediakan, buat pertama kalinya, bukti gegaran susulan tandatangan penggabungan dalam bentuk dua frekuensi dering samar berasingan yang dihasilkan oleh single yang terhasil. lubang hitam kerana ia mendap ke bentuk simetri yang stabil. Ini adalah pengesanan pertama bagi berbilang frekuensi gelombang graviti dalam peringkat deringan. Sama seperti loceng 'berbunyi' untuk beberapa lama selepas tersekat, single yang terhasil herot lubang hitam terbentuk selepas penggabungan 'cincin' untuk beberapa lama memancarkan pengsan gelombang graviti sebelum mencapai bentuk stabil simetri. Dan, hanya cara bentuk loceng menentukan frekuensi tertentu loceng itu berbunyi, sama, seperti teorem tanpa rambut, jisim dan putaran loceng itu. lubang hitam tentukan frekuensi dering. Oleh itu, perkembangan ini membuka jalan untuk penggunaan frekuensi dering bawah untuk mengkaji sifat akhir lubang hitam.
Lubang hitam ialah objek besar dengan medan graviti yang sangat kuat. Apabila dua mengorbit lubang hitam berpusing di sekeliling satu sama lain dan akhirnya menyatu, fabrik ruang-masa di sekeliling mereka terganggu yang menimbulkan riak gelombang graviti memancar ke luar. Sejak September 2015 apabila astronomi gelombang graviti bermula dengan pengesanan pertama LIGO gelombang graviti dihasilkan oleh penggabungan dua lubang hitam 1.3 bilion tahun cahaya jauhnya, bergabung lubang hitam kini secara rutin dikesan hampir sekali setiap minggu.
Penggabungan lubang hitam mempunyai tiga fasa. Apabila kedua-duanya lubang hitam dipisahkan secara meluas, mereka perlahan-lahan orbit satu sama lain memancarkan lemah gelombang graviti. Perduaan secara beransur-ansur bergerak ke lebih kecil dan lebih kecil orbit kerana tenaga sistem hilang dalam bentuk gelombang graviti. Ini adalah fasa inspirasi daripada penyatuan. Seterusnya ialah fasa penggabungan apabila keduanya lubang hitam cukup rapat untuk bersatu membentuk satu lubang hitam dengan bentuk yang herot. Gelombang graviti (GW) terkuat dipancarkan pada peringkat ini yang kini secara rutin dikesan dan direkodkan oleh balai cerap gelombang graviti.
Fasa penggabungan diikuti oleh peringkat yang sangat singkat dipanggil peringkat ringdown di mana tunggal yang terhasil diherotkan lubang hitam cepat mencapai bentuk sfera atau sferoid yang lebih stabil. Gelombang graviti yang dipancarkan dalam fasa ringdown adalah lembap dan lebih lemah daripada GW yang dikeluarkan dalam fasa penggabungan. Sama seperti loceng 'berbunyi' untuk beberapa lama selepas tersekat, single yang terhasil lubang hitam 'cincin' untuk beberapa waktu memancarkan lebih samar gelombang graviti sebelum mencapai bentuk stabil simetri.
Frekuensi deringan berbilang samar bagi gelombang graviti dikeluarkan semasa fasa ringdown penggabungan dua lubang hitam tidak dapat dikesan setakat ini.
Pasukan penyelidik baru-baru ini telah berjaya mengesan berbilang frekuensi gelombang graviti dalam peringkat dedahan binari lubang hitam acara penggabungan GW190521. Mereka mencari nada pudar individu dalam frekuensi dering tanpa mengambil kira sebarang hubungan dengan frekuensi dan masa redaman dan berjaya mengenal pasti dua mod yang membayangkan kecacatan yang terhasil. lubang hitam memancarkan sekurang-kurangnya dua frekuensi selepas penggabungan. Ini telah diramalkan oleh relativiti am Einstein maka hasilnya mengesahkan teori tersebut. Selanjutnya, penyelidik membandingkan frekuensi dan masa redaman kedua-dua mod dering yang ditemui dalam acara penggabungan untuk menguji "teorem tanpa rambut" (yang lubang hitam dicirikan sepenuhnya oleh jisim dan putaran dan tiada "rambut" lain diperlukan untuk menerangkan ciri-cirinya) dan tidak menemui apa-apa di luar relativiti am.
Ini adalah peristiwa penting kerana secara meluas dianggap bahawa pemerhatian berbilang frekuensi dering bawah tidak akan dapat dilakukan sebelum pengesan gelombang graviti generasi akan datang tersedia pada masa hadapan.
***
Sumber:
- Capano, CD et al. 2023. Spektrum Kuasinormal Berbilang Mod daripada Lubang Hitam Bermasalah. Surat Semakan Fizikal. Vol. 131, Isu 22. 1 Disember 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik(Albert-Einstein-Institut), 2023. Berita – Untuk siapa lubang hitam itu berdering. Boleh didapati di https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
