Fiziki lovijo združevanje črnih lukenj in druge podobne kozmične dogodke z odkrivanjem gravitacijskih valov, iz katerih lahko pridobijo dragocene informacije, na primer maso tako predhodnih črnih lukenj kot končno, večjo črno luknjo, ki je posledica združitve. Zdaj je skupina znanstvenikov iz superračunalniških simulacij našla dokaze, da lahko ti valovi kodirajo tudi obliko združevanja črnih lukenj, ko se naselijo v svojo končno obliko, nov papir objavljeno v reviji Nature Communications Physics.

Splošna relativnost napoveduje, da bi morali dve združeni črni luknji oddajati močne gravitacijske valove – valovi v vesolju in času so tako šibki, da jih je zelo težko zaznati. Valovne oblike teh signalov služijo kot zvočni prstni odtis dveh črnih lukenj, ki se spirali navznoter drug proti drugemu in se združita v velikem trku in pošljeta močne udarne valove skozi vesolje-čas. Fiziki iščejo zvezo vzorec “žvrgolenja” v podatkih ob trku dveh črnih lukenj. Nova ostanka črne luknje vibrira od sile tega udarca in te vibracije, imenovane “zvonjenje”, saj je podobno zvoku udarca zvona, povzročajo tudi gravitacijske valove. Poleg tega so gravitacijski valovi signali imajo več frekvenc, poimenovani “prizvoki”, ki z različnimi hitrostmi (razpad) izginejo, pri čemer vsak ton ustreza frekvenci vibracij nove črne luknje.

LIGO te gravitacijske valove zazna z lasersko interferometrijo z uporabo močnih laserjev za merjenje drobnih sprememb v razdalji med dvema objektoma, nameščenima kilometroma narazen. (LIGO ima detektorje v Hanfordu v Washingtonu in v Livingstonu v Louisiani, tretji detektor pa v Italiji, Napredna DEVICA, prišel v internet leta 2016.) 14. septembra 2015 sta ob 5:51 po EDT oba detektorja prvič zajela signala v milisekundah.

Od takrat je bil LIGO nadgrajen in je izvedel še dve vožnji, tretjo vožnjo pa je začel 1. aprila 2019. V enem mesecu je sodelovanje zaznalo še pet dogodkov gravitacijskega vala: trije iz združevanja črnih lukenj, eden iz združitve nevtronskih zvezd in drugi, ki je bil morda prvi primer združitve nevtronske zvezde / črne luknje.

V zadnjem času, junija 2020 sodelovanje napovedal odkritje binarne združitve črne luknje 21. maja 2019 (označeno s S190521g). In ravno prejšnji mesec, je sodelovanje LIGO / VIRGO sporočilo, da je zaznalo signal gravitacijskega vala iz druge združitve črne luknje. To je bila najobsežnejša in najbolj oddaljena združitev, ki jo je kolaboracija še zaznala, in ustvarila je doslej najbolj energičen signal. V podatkih se je to pokazalo kot bolj “pok” kot običajno “žvrgolenje”. Odkritje je pomenilo tudi prvo neposredno opazovanje črne luknje srednje mase.

Po besedah ​​Christopherja Evansa, podiplomskega študenta na Georgia Techu in soavtorja tega zadnjega članka, je s sodelavci izvedel superračunalniške simulacije trkov črne luknje in nato gravitacijske valove, ki jih oddaja preostala črna luknja, primerjal z njeno hitro spreminjajočo se obliko. postavila se je v svojo končno obliko. Izkazalo se je, da običajna opazovanja gravitacijskih valov običajno preučujejo združitev z vrha preostale črne luknje. Ko je ekipa dogodek pogledala z vidika ostankov ekvatorja, so simulacije pokazale, da so signali gravitacijskih valov “veliko bolj bogati in zapleteni, kot se običajno misli”, Je rekel Evans.

“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,” je dejal soavtor Juan Calderón Bustillo Galicijskega inštituta za fiziko visokih energij v Santiagu de Compostela v Španiji. “Z drugimi besedami, črna luknja dejansko večkrat žvrgoli.”

In zdi se, da ta bolj zapleten signal kodira tudi informacije o tem, kakšno obliko bo imela zadnja preostala črna luknja. “Ko sta dve izvirni, ‘nadrejeni’ črni luknji različno veliki, je končna črna luknja na začetku videti kot kostanj, na eni strani z vrhom, na drugi pa s širšim, gladkim hrbtom,” je rekel 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 in njen vrh in hrbet večkrat kažejo na vse opazovalce, ki proizvajajo več zvokov. . “

Avtorji sklepajo, da bi morala obstoječa občutljivost detektorjev LIGO / VIRGO zadostovati, da se v njihovih podatkih opazi ta žvrgolenje po združitvi.

DOI: Komunikacijska fizika, 2020. 10.1038 / s42005-020-00446-7 (O DOI).