Черните дупки, области на пространство-времето, в които гравитацията е толкова силна, че нищо не може да се измъкне, са интригуващи и усърдно изучавани космологични явления. Общата теория на относителността на Айнщайн предсказва, че когато две черни дупки се слеят, те излъчват вълни в пространство-времето, известни като гравитационни вълни.
Според ново проучване, след сливания на черни дупки и разпад на гравитационните вълни, в пространство-времето остават слаби следи, наречени късни гравитационни "опашки". Тяхното съществуване преди е било само теоретично.
Международен екип изследователи е провел числени симулации на сливания на черни дупки, базирани на уравненията на Айнщайн от Общата теория на относителността, за да проучат допълнително съществуването на опашки от гравитационни вълни в късен етап.
Типичен сигнал на гравитационна вълна, произведен от двойка сливащи се черни дупки. Веднага след сливането, вече единствената черна дупка ще "звъни". Този звън се заглушава в следващия етап, наречен "затихване" (ringdown), на излъчването на гравитационни вълни. Фазата на "затихване" започва, когато черните дупки се доближат една до друга в рамките на фотонната сфера. В тази област по-голямата част от излъчените гравитационни вълни отиват към хоризонта на събитията, а амплитудата на излизащите намалява. Дистанционно откритите гравитационни вълни имат трептене с бързо намаляваща амплитуда, тъй като ехото от събитието на сливането е резултат от все по-тесни и по-тесни спирали около получената черна дупка. Кредит: Kip Thorne; (Bottom) B. P. Abbott et al.; adapted by APS/Carin Cain
Резултатите, публикувани в Physical Review Letters, показват, че тези "опашки" не само съществуват, но и могат да имат и по-голяма амплитуда от първоначално предвидената и следователно би могло да бъдат наблюдавани в бъдещи експерименти.
"Когато деформирана черна дупка – продукт на сливане – се върне в равновесие, тя първо излъчва суперпозиция от добре дефинирани, дискретни вибрационни честоти. Тази фаза се нарича "затихващи трептения" (ringdown). Нашата работа показва, че затихващите трептения не са краят на историята", обяснява водещият автор Марина Де Амичис (Marina De Amicis).
Учените откриват, че след фазата на затихващите трептения, пространство-времето остава леко изкривено и бавно се връща в първоначалното си състояние, произвеждайки последно "издихание" – самата "опашка".
Основният проблем с моделирането бе, че "опашките" са много слаби и се появяват само когато симулациите вече са шумни.
Изследователите се фокусират върху челните сблъсъци на черни дупки, които естествено усилват този сигнал.
Еволюция във времето на производната по време на амплитудата на най-силния мод в сигнала на гравитационната вълна, както би се наблюдавало от нашите детектори. Показани са резултати за различни съотношения на масите на черните дупки-предшественици и са сравнени с пертурбативния лимит на изключително малка черна дупка, падаща в много по-голяма. Опашният компонент на сигнала съответства на неосцилиращото поведение, което доминира в късни времена, след като фазата ringdown е приключила. Вложката показва степенния показател във времето, който характеризира опашката в късния етап. Кредит: De Amicis et al.
Оказва се, че някои сливания могат да укрепят гравитационните "опашки" и те носят отпечатъка на нелинейния характер на гравитацията – способността ѝ да взаимодейства сама със себе си. Това откритие означава, че нелинейните гравитационни ефекти могат да бъдат изучавани не само в момента на сливането на черните дупки, но и много по-дълго след това.
В бъдеще тези сигнали биха могли да бъдат засечени от обсерваториите за гравитационни вълни.
Справка: Marina De Amicis et al, Late-Time Tails in Nonlinear Evolutions of Merging Black Holes, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/2brx-xnyr.
Източник: Black hole mergers could give rise to observable gravitational-wave tails, Ingrid Fadelli, Phys.org
Още по темата
Физика
Тъмната материя може да е резултат от фермиони, натикани в изкривено пето измерение
Космос
Заснеха първото в историята изображение на две черни дупки, обикалящи една около друга
Физика
Огромно сляпо петно в изследванията на гравитационните вълни вече е запълнено
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Johnny B Goode
Престижна награда от БАН спечели главният редактор на НаукаOFFNews
Gunteer
Престижна награда от БАН спечели главният редактор на НаукаOFFNews
Християнин
Това е кралят на тиквите: Тиквата му тежи над един един тон
dolivo
Сахара очаква 75% увеличение на валежите до 2100 г.