Когато черните дупки се слеят, те ще звънят като камбана

Ваня Милева Последна промяна на 29 май 2023 в 00:01 9502 0

Илюстрация на художник на черна дупка, която звъни в стабилно състояние

Кредит Yasmine Steele at University of Illinois – Urbana Champaign

Илюстрация на художник на черна дупка, която звъни в стабилно състояние.

Когато две черни дупки се срещнат, те не се блъскат една в друга, както биха го направили две звезди. Черната дупка е силно изкривена област от пространството, която може да бъде описана само чрез нейната маса, въртене и електрически заряд, така че две черни дупки освобождават силни гравитационни вълни, когато се сливат в една черна дупка. Новата черна дупка продължава да излъчва гравитационни вълни, докато не се установи в обикновена въртяща се черна дупка. Този период на установяване е известен като "звънене" и неговият модел крие улики за някои от най-дълбоките загадки на гравитационната физика.

"Ако Общата теория на относителността на Алберт Айнщайн е вярна, тогава една черна дупка, родена от космически сблъсъците на две масивни черни дупки, сама трябва да „звъни“ в последствие, произвеждайки гравитационни вълни, както ударена камбана излъчва звуковите вълни. Айнщайн прогнозира, че специфичната височина и затихване на тези гравитационни вълни трябва да са пряк подпис на новообразуваната маса и въртене на черната дупка", обясняват от Масачузетския технологичен институт (MIT).

Обсерваториите за улавяне на гравитационни вълни като Лазерната интерферометрична гравитационно-вълнова обсерватория (LIGO) се фокусират най-вече върху интригуващия период на сливането на черни дупки. Това е периодът, в който двете черни дупки обикалят все по-близо една до друга, създавайки ритмичен поток от силни гравитационни вълни. По тях астрономите могат да определят масата и въртенето на първоначалните черни дупки, както и масата и въртенето на обединената черна дупка. Моделът на наблюдаваните гравитационни вълни дава информация за черните дупки, ръководейки се от уравненията на Общата теория на относителността на Айнщайн и като се съпоставя наблюдението с теорията.

Общата теория на относителността описва гравитацията изключително добре. Всички гравитационни тестове се съгласуват с Общата теория на относителността.

Но теорията на Айнщайн не се съчетава добре с другата изключително точна физическа теория, квантовата механика. Поради това физиците са предложили модификации на Общата теория на относителността, които са по-съвместими с квантовата теория. Според тези модифицирани теории има фини разлики в начина, по който обединените черни дупки звънят, но наблюдаването на тези разлики не е възможно. Но няколко нови проучвания показват как би могли да се уловят тези фини разлики в наблюденията в следващия цикъл на работа на LIGO.

Модифицираното уравнение на Теуколски.

В първото изследване екипът се фокусира върху т. нар. уравнението на Теуколски. Първо предложени от Саул Теуколски (Saul Teukolsky), уравненията са ефективен начин за анализиране на гравитационните вълни. Уравненията се отнасят само за класическата Обща теория на относителността, така че екипът разработват начин за модифициране на уравненията за модифицирани модели на Общата теория на относителността. Тъй като решенията както на уравненията на Теуколски, така и на модифицираните уравнения на Теуколски не изискват мощен суперкомпютър за решаване, екипът може да сравни звъненето на черна дупка в различни гравитационни модели.

Второто проучване разглежда как това ще бъде направено с данни от LIGO. Вместо да се фокусира върху общите различия, тази работа се фокусира върху това, което е известно като "теорема за липсата на коса". Общата теория на относителността прогнозира, че без значение как се сливат две черни дупки, крайната слята черна дупка трябва да бъде описана само с маса, въртене и заряд. Не може да има никакви „коси“ или остатъци от сблъсъка. В някои модифицирани версии на Общата теория на относителността черните дупки могат да имат определени характеристики, които биха нарушили теоремата за липсата на коса. В тази втора работа авторите показват как това може да се използва за тестване на Общата теория на относителността срещу определени модифицирани теории.

LIGO току-що започна наблюдения, така че ще мине известно време, преди да има достатъчно данни за тестване. Но скоро може да има нов наблюдателен тест на старата теория на Айнщайн и може просто да се докаже, че в крайна сметка това не е окончателната теория за гравитацията.

Справка: 

Li, Dongjun, et al. “Perturbations of spinning black holes beyond General Relativity: Modified Teukolsky equation.” Physical Review X 13.2 (2022): 021029.

Ma, Sizheng, Ling Sun, and Yanbei Chen. “Black hole spectroscopy by mode cleaning.” Physical Review Letters 130.2 (2023): 141401.

Източник: When Black Holes Merge, They'll Ring Like a Bell, Brian Koberlein, Author at Universe Today

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !