Розроблено нову методику розкриття таємниць «дзвінких» чорних дір
Вчені розробили новий метод ідентифікації та каталогізації того, як «дзвенять» чорні діри під час зіткнення та злиття, що буде корисними для інтерпретації даних з детекторів гравітаційних хвиль.
Про це розповідають в Кембридзькому університеті, передають OstanniPodii.com.
Коли чорні діри зливаються, в результаті зіткнення утворюється нова, більша чорна діра. Вона «дзвенить» як струна гітари або дзвін, поки не набуває остаточної, стабільної форми. Але замість звукових хвиль нова чорна діра дзвенить гравітаційними хвилями: пульсаціями в просторі-часі, які вперше передбачив Альберт Айнштайн.
Нова чорна діра вібрує на певному наборі частот в залежності від її маси та обертання, що допомагає вченим дізнатися про об’єкт, утворений під час зіткнення.
Ці вібрації, відомі як квазінормальні моди, є «відбитком пальця» чорної діри. Їх виявлення має ключове значення для перевірки загальної теорії відносності Айнштайна в найекстремальніших гравітаційних середовищах Всесвіту.
У новому дослідженні, опублікованому в журналі Physical Review Letters, описується новий метод ідентифікації та каталогізації цих мод з більшою точністю, ніж раніше. Дослідники проаналізували комп′ютерні симуляції злиття чорних дір і визначили не лише основну «ноту», на якій вібрує чорна діра, а й «обертони» — слабші гармоніки, що згасають швидше.
«Хоча найгучніший режим регулярно спостерігається в даних про гравітаційні хвилі, багато тихіших режимів виявити набагато складніше, і триває дискусія щодо того, які режими присутні та коли вони з’являються», — пояснює Річард Даєр з Кембридзького інституту астрономії, перший автор дослідження. «Наш метод забезпечує систематичний, заснований на даних спосіб усунення цієї невизначеності, а наші результати слугують орієнтиром як для теоретичних досліджень, так і для реальних спостережень».
Дослідники засновували свій метод на байєсівському аналізі — статистичній техніці, яка систематично зважує докази для визначення найімовірнішого пояснення для заданого набору даних.
Окрім основних «нот» та «обертонів», дослідники також виявили у даних незвичайні «нелінійні режими»: коливання, що виникають, коли дві або більше основних частот взаємодіють між собою. Вони аналогічні складним тонам, які може видавати електрогітара при грі із сильним спотворенням. Виявлення цих мод вимагає високоякісних даних та ретельного аналізу, щоб відрізнити їх від шуму.
«Затухання — це один з найпряміших методів дослідження чорних дір, які ми маємо», — сказав Даєр. «Але витягнути всю інформацію, яку воно містить, важко. Ми прагнули знайти принциповий, заснований на даних спосіб зробити це».
Дайер та його співавтор, доктор Крістофер Мур, застосували свій метод до загальнодоступного каталогу високоточних симуляцій, які моделюють гравітаційні хвилі до теоретичної межі, де їх можна чітко виміряти. Вони зафіксували, які режими здатні виявлятися та коли, у широкому діапазоні симульованих зіткнень чорних дір з різними співвідношеннями мас та конфігураціями обертання.
Дослідники стверджують, що їхні результати будуть корисними для інтерпретації даних із сучасних детекторів гравітаційних хвиль, таких як LIGO та Virgo, а також для детекторів наступного покоління. Знання того, які частоти слід шукати в конкретному зіткненні, може дозволити дослідникам проводити ще точніші перевірки загальної теорії відносності: наприклад, перевіряти, чи властивості кінцевої чорної діри відповідають тому, що передбачають рівняння Айнштайна.