Разработана новая методика раскрытия тайн «звенящих» черных дыр

Ученые разработали новый метод идентификации и каталогизации того, как «звенят» черные дыры во время столкновений и слияний, что будет полезно для интерпретации данных с детекторов гравитационных волн.

Об этом рассказывают в Кембриджском университете, передают OstanniPodii.com.

Когда черные дыры сливаются, в результате столкновения образуется новая, более крупная черная дыра. Она «звенит» как струна гитары или колокол, пока не приобретет окончательную, стабильную форму. Но вместо звуковых волн новая черная дыра звенит гравитационными волнами: пульсациями в пространстве-времени, впервые предсказанных Альбертом Эйнштейном.

Новая черная дыра вибрирует на определенном наборе частот в зависимости от ее массы и вращения, что помогает ученым узнать об объекте, образовавшемся во время столкновения.

Эти вибрации, известные как квазинормальные моды, являются «отпечатком пальца» черной дыры. Их обнаружение имеет ключевое значение для проверки общей теории относительности Эйнштейна в самых экстремальных гравитационных средах Вселенной.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, описывается новый метод идентификации и каталогизации этих мод с большей точностью, чем раньше. Исследователи проанализировали компьютерные симуляции слияния черных дыр и определили не только основную «ноту», на которой вибрирует черная дыра, но и «обертоны» — более слабые гармоники, затухающие быстрее.

Новости по подобной теме:

		Астрономы обнаружили первую из ожидаемых в скоплении «Омега Центавра» черную дыру звездной массы
		После длительных поисков обнаружен ветер центральной черной дыры Млечного Пути
		«Уэбб» обнаружил черную дыру, образовавшуюся раньше, чем ее галактика

«Хотя самый громкий режим регулярно наблюдается в данных о гравитационных волнах, многие более тихие режимы обнаружить гораздо сложнее, и продолжается дискуссия о том, какие режимы присутствуют и когда они появляются», — объясняет Ричард Дайер из Кембриджского института астрономии, первый автор исследования. «Наш метод обеспечивает систематический, основанный на данных способ устранения этой неопределенности, а наши результаты служат ориентиром как для теоретических исследований, так и для реальных наблюдений».

Исследователи основали свой метод на байесовском анализе — статистической технике, которая систематически взвешивает доказательства для определения наиболее вероятного объяснения для заданного набора данных.

Помимо основных «нот» и «обертонов», исследователи также обнаружили в данных необычные «нелинейные режимы»: колебания, возникающие, когда две или более основных частот взаимодействуют между собой. Они аналогичны сложным тонам, которые может издавать электрогитара при игре с сильным искажением. Обнаружение этих мод требует высококачественных данных и тщательного анализа, чтобы отличить их от шума.

«Затухание — это один из самых прямых методов исследования черных дыр, которые у нас есть», — сказал Дайер. «Но извлечь всю информацию, которую оно содержит, сложно. Мы стремились найти принципиальный, основанный на данных способ сделать это».

Дайер и его соавтор, доктор Кристофер Мур, применили свой метод к общедоступному каталогу высокоточных симуляций, которые моделируют гравитационные волны до теоретического предела, где их можно четко измерить. Они определили, какие режимы могут проявляться и когда, в широком диапазоне смоделированных столкновений черных дыр с различными соотношениями масс и конфигурациями вращения.

Исследователи утверждают, что их результаты будут полезны для интерпретации данных с современных детекторов гравитационных волн, таких как LIGO и Virgo, а также для детекторов следующего поколения. Знание того, какие частоты следует искать в конкретном столкновении, может позволить исследователям проводить еще более точные проверки общей теории относительности: например, проверять, соответствуют ли свойства конечной черной дыры тому, что предсказывают уравнения Эйнштейна.

• Черные дыры