Sameining tveggja svarthol hefur þrjú stig: innblástursstig, samrunastig og niðurskurðarstig. Einkennandi þyngdarbylgjur eru gefin út í hverjum áfanga. Síðasti hringingarfasinn er mjög stuttur og kóðar upplýsingar um eiginleika endanlegs svarthol. Endurgreining á gögnum úr tvöfaldri svarthol samrunaviðburður GW190521 hefur í fyrsta sinn lagt fram sönnunargögn um eftirskjálfta samrunans í formi tveggja aðskildra daufra hringingartíðna sem myndast af smáskífunni sem varð til svarthol eins og það settist niður í stöðugt samhverft form. Þetta er fyrsta uppgötvun margra þyngdarbylgjutíðni á hringingarstigi. Rétt eins og bjalla „hringir“ í nokkurn tíma eftir að hafa verið föst, brenglast smáskífan sem myndast svarthol myndaðist eftir sameininguna „hringir“ í nokkurn tíma og gefur frá sér dauft þyngdarbylgjur áður en samhverft stöðugt form er náð. Og bara hvernig lögun bjöllunnar ákvarðar tiltekna tíðni sem bjöllan hringir með, á sama hátt, eins og samkvæmt setningu án hárs, massa og snúningur svarthol ákvarða hringingartíðni. Þess vegna ryður þessi þróun brautina fyrir notkun á hringingartíðni til að rannsaka eiginleika loka svarthol.
Svarthol eru massamikil fyrirbæri með mjög sterk þyngdarsvið. Þegar tveir bylgja svarthol spírast um hvort annað og renna að lokum saman, efnið af pláss-tímar í kringum þá eru raskaðir sem skapar gára af þyngdarbylgjur geislar út á við. Frá því í september 2015 þegar þyngdarbylgjustjörnufræði hófst með fyrstu uppgötvun LIGO á þyngdarbylgjur myndast við sameiningu tveggja svarthol 1.3 milljarða ljósára fjarlægð, sameinast svarthol eru nú reglulega greindar næstum einu sinni í hverri viku.
Sameiningin af svarthol hefur þrjá áfanga. Þegar þeir tveir svarthol eru víða aðskildir, þeir hægt sporbraut hvert annað gefur frá sér veikt þyngdarbylgjur. Tvöfaldurinn færist smám saman í smærri og minni brautir þar sem orka kerfisins tapast í formi þyngdarbylgjur. Þetta er innblástursfasi af samruna. Næsta er samruna áfanga þegar tveir svarthol komast nógu nálægt til að renna saman til að mynda einn svarthol með brenglaðri lögun. Sterkustu þyngdarbylgjur (GWs) eru sendar út á þessu stigi sem eru nú reglulega greindar og skráðar af þyngdarbylgjuathugunarstöðvum.
Sameiningaráfanganum er fylgt eftir af mjög stuttum áfanga sem kallast hringingarstig þar sem smáskífan sem myndast brenglast svarthol nær fljótt stöðugra kúlu- eða kúlulaga formi. Þyngdarbylgjur losuð í niðurhringingarfasanum eru dempuð og mun daufari en GW sem gefa út í samrunastiginu. Rétt eins og bjalla „hringir“ í nokkurn tíma eftir að hafa verið fastur, þá kemur smáskífan sem varð til svarthol 'hringir' í nokkurn tíma sem gefur frá sér mun daufari þyngdarbylgjur áður en samhverft stöðugt form er náð.
The dauft margfeldi hringingar tíðni af þyngdarbylgjur gefin út á niðurfellingarstigi sameiningar tveggja svarthol voru ófundnir hingað til.
Rannsóknarteymi hefur nýlega náð góðum árangri í að greina margar þyngdarbylgjutíðnir á hringingarstigi tvíundirs svarthol samrunaviðburður GW190521. Þeir leituðu að einstökum dofnunartónum í niðurhringingartíðnunum án þess að huga að neinum tengslum við tíðni og dempunartíma og tókst að bera kennsl á tvær stillingar sem gefa til kynna aflögunina sem myndast. svarthol sendi frá sér að minnsta kosti tvær tíðnir eftir sameininguna. Þessu var spáð af almennri afstæðiskenningu Einsteins og því staðfestir niðurstaðan kenninguna. Ennfremur báru vísindamenn saman tíðni og dempunartíma tveggja hringingarstillinga sem fundust í samrunatilvikinu til að prófa „no-hair setninguna“ (það svarthol einkennast algjörlega af massa og snúningi og engin önnur „hár“ þarf til að lýsa eiginleikum þess) og fundu ekkert umfram almenna afstæðiskenningu.
Þetta er áfangi vegna þess að almennt var talið að athuganir á mörgum hringingartíðni yrðu ekki mögulegar áður en næstu kynslóð þyngdarbylgjuskynjarar verða fáanlegir í framtíðinni.
***
Heimildir:
- Capano, geisladiskur et al. 2023. Multimode Quasinormal Spectrum frá truflaðu svartholi. Líkamleg endurskoðunarbréf. Vol. 131, tbl. 22. 1. desember 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik(Albert-Einstein-Institut), 2023. Fréttir – Fyrir hvern hringir svartholið. Fæst kl https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
