Črne luknje so eden najbolj fascinantnih predmetov v vesolju. Na njihovi površini, znani kot »obzorje dogodkov«, je gravitacija tako močna, da jim niti svetloba ne more uiti. Običajno so črne luknje tiha, tiha bitja, ki pogoltnejo vse, kar se jim preveč približa; ko pa dve črni luknji trčita in se združita, nastane eden najbolj katastrofalnih dogodkov v vesolju: v delčku sekunde je močno deformiran Črna luknja se rodi in sprosti ogromno energije, ko se ta umiri v končni obliki. Ta pojav daje astronomom edinstveno priložnost, da opazujejo hitro spreminjajoče se črne luknje in raziskujejo gravitacijo v najbolj skrajni obliki.
Čeprav trkajoče črne luknje ne proizvajajo svetlobe, lahko astronomi opazujejo zaznano gravitacijski valovi – valovanje v tkanini prostora in časa – ki se odbijeta od njih. Znanstveniki domnevajo, da je po trku obnašanje preostale črne luknje ključno za razumevanje gravitacije in bi moralo biti kodirano v oddanih gravitacijskih valovih.
Umetnikova ilustracija vrha črne luknje. Zasluge: C. Evans; JC Bustillo
V članku, objavljenem v Fizika komunikacij (Nature) je skupina znanstvenikov pod vodstvom nekdanjega diplomanta OzGrava prof. Juana Calderóna Bustilla – zdaj ‘vodja La Caixa – vodja Marie Curie’ na Galicijskem inštitutu za fiziko visokih energij (Santiago de Compostela, Španija) – razkrila, kako gravitacijski valovi kodirajo obliko združevanja črnih lukenj, ko se poravnajo v svojo končno obliko.
Podiplomski študent in soavtor Christopher Evans z Georgia Institute of Technology (ZDA) pravi: »S pomočjo superračunalnikov smo izvedli simulacije trkov črnih lukenj, nato pa hitro spreminjajočo se obliko preostale črne luknje primerjali z gravitacijskimi valovi, ki jih oddaja. Ugotovili smo, da so ti signali veliko bolj bogati in zapleteni, kot se običajno misli, kar nam omogoča, da izvemo več o močno spreminjajoči se obliki končne črne luknje. “
Prvič, obe črni luknji med inspiracijsko fazo krožita med seboj in se počasi približujeta. Nato se dve črni luknji združita in tvorita izkrivljeno črno luknjo. Končno črna luknja doseže svojo končno obliko. b: Frekvenca signalov gravitacijskega vala, opazovana z vrha trka (skrajno levo) in iz različnih položajev na njegovem ekvatorju (mirovanje) kot funkcija časa. Prvi signal prikazuje tipičen “žvrgoleč” signal, pri katerem se frekvenca poveča glede na čas. Preostali trije kažejo, da po trku (pri t = 0) frekvenca spet pade in naraste, kar povzroči drugi “žvrgolenje”. Zasluge: C. Evans, J. Calderón Bustillo
Gravitacijski valovi trkajočih črnih lukenj so zelo preprosti signali, znani kot “žvrgolenje”. Ko se dve črni luknji približujeta drug drugemu, oddajata signal naraščajoče frekvence in amplitude, ki označuje hitrost in polmer orbite. Po besedah profesorja Calderóna Bustilla se »višina in amplituda signala povečujeta, ko se dve črni luknji vse hitreje približujeta. Po trku zadnja preostala črna luknja odda signal s konstantnim nagibom in razpadajočo amplitudo – kot zvok udarca zvona. ” To načelo je skladno z vsemi dosedanjimi opazovanji gravitacijskih valov pri proučevanju trka z vrha.
Študija pa je pokazala, da se zgodi povsem nekaj drugega, če trk opazujemo z “ekvatorja” končne črne luknje. “Ko smo opazovali črne luknje z njihovega ekvatorja, smo ugotovili, da zadnja črna luknja oddaja bolj zapleten signal z višino tona, ki se nekajkrat dvigne in spusti, preden umre,” pojasnjuje prof. Calderón Bustillo. “Z drugimi besedami, črna luknja dejansko večkrat žvrgoli.”
Podrobnosti o obliki ostankov črne luknje po trku črne luknje z “kostanjevo obliko”. Območja močnih gravitacijskih valov (v rumeni barvi) se kopičijo v bližini roba. Ta črna luknja se zavrti, zaradi česar je vrh usmerjen na vse opazovalce okoli sebe. Zasluge: C. Evans, J. Calderón Bustillo
Ekipa je odkrila, da je to povezano z obliko končne črne luknje, ki deluje kot nekakšen svetilnik z gravitacijskimi valovi: »Ko sta dve prvotni,» nadrejeni «črni luknji različni velikosti, je končna črna luknja na začetku videti kot kostanj, na eni strani z brbončico, na drugi pa s širšim, gladkim hrbtom, «pravi Bustillo. »Izkazalo se je, da črna luknja oddaja intenzivnejše gravitacijske valove skozi svoja najbolj ukrivljena območja, to so tista, ki obkrožajo njen vrh. To je zato, ker se tudi ostanki črne luknje vrtijo, njen vrh in hrbet pa večkrat kažejo na vse opazovalce in proizvajajo več zvokov. “
Soavtor prof. Pablo Laguna, nekdanji predstojnik Šole za fiziko pri Georgia Tech, zdaj profesor na Univerzi v Teksasu v Austinu, je poudaril, “medtem ko se o razmerju med gravitacijskimi valovi in obnašanjem končne črne luknje dolgo domneva , naša študija predstavlja prvi ekspliciten primer te vrste odnosov. “
Referenca: 8. oktober 2020, Fizika komunikacij.
DOI: 10.1038 / s42005-020-00446-7
