Аннотация:
Когда во Вселенной происходит экстремальное астрономическое событие, в котором две черные дыры сталкиваются и сливаются, вновь образовавшаяся, более крупная черная дыра будет дрожать, как ударенный медный колокол или передернутая гитарная струна, и испускать рябь гравитационных волн, постепенно выравниваясь. В течение долгого времени астрономическое сообщество было ограничено методами наблюдения и анализа и часто могло уловить только самый громкий основной тон, тогда как следующие за ним слабые реверберации скрыты в шуме.
Недавно исследовательская группа из Кембриджского университета в Великобритании опубликовала свои последние результаты в журнале Physical Review Letters. Они разработали новую технологию, которая может с высокой точностью идентифицировать и каталогизировать «звенящие» характеристики слияния черных дыр, открывая новый способ проверки общей теории относительности Эйнштейна в самой экстремальной гравитационной среде во Вселенной.
В физике характерные вибрации, излучаемые черными дырами на стадии «Рингдаун» после столкновения, называются «квазинормальными модами». Эти частоты тремора полностью определяются массой и вращением новой черной дыры, что эквивалентно уникальному «отпечатку гравитационной волны» черной дыры. Точно измеряя эти закономерности, ученые смогут не только восстановить основные свойства слившихся черных дыр, но и проверить применимость теории Эйнштейна в пределах сильных гравитационных полей. Однако, помимо колебаний основной частоты, многие быстро затухающие и более слабые гармоники было чрезвычайно трудно непосредственно идентифицировать, и в академических кругах долгое время существовали разногласия относительно времени существования и конкретного состава этих мод.
Чтобы решить эту проблему, первый автор Ричард Дайер из Института астрономии Кембриджского университета и его коллега доктор Кристофер Мур создали систему систематического анализа данных, основанную на байесовском статистическом анализе. Этот метод систематически оценивает различные типы данных, чтобы определить наиболее разумное физически правдоподобное объяснение наблюдаемого сигнала. Исследовательская группа применила эту технологию к высокоточному общедоступному набору данных численного моделирования слияний черных дыр. На теоретическом рубеже, который позволяет четко измерять гравитационные волны, они успешно провели всестороннее исследование различных режимов столкновений черных дыр при разных соотношениях масс и конфигурациях спинов.
Результаты анализа показывают, что этот метод не только успешно извлекал основную частоту звона черной дыры и быстро исчезающие «обертоны» (Overtones), но и четко улавливал «нелинейный режим», который раньше было трудно обнаружить. Этот режим представляет собой сложную вибрацию, возникающую в результате взаимодействия двух или более основных частот. Физический эффект подобен сложным обертонам, играемым электрогитарой с сильными искажениями.
Исследовательская группа отметила, что стадия падения колокола является одним из самых мощных способов для человека напрямую обнаружить природу черных дыр. Эта новая технология не только обеспечивает четкий теоретический ориентир для разрешения давних противоречий в распознавании образов, но также значительно улучшит возможности интерпретации данных существующих детекторов гравитационных волн (таких как LIGO и Virgo) и космических и наземных обсерваторий нового поколения (таких как Европейский телескоп Эйнштейна и миссия LISA). Определив точные частоты сигналов, которые следует искать в различных сценариях столкновений, физики смогут с более высокой точностью проверить, соответствуют ли продукты слияния предсказаниям уравнений общей теории относительности.
Комментарии