|
Новый метод может раскрыть секреты звона черных дыр
|
|
|
|
Исследователи разработали метод анализа того, как черные дыры «звонят» при столкновении и слиянии: одном из самых драматичных событий во Вселенной. При слиянии черных дыр образуется новая, более крупная черная дыра, которая «звонит», как щипковая струна гитары или колокол, пока не примет свою окончательную, стабильную форму. Но вместо звуковых волн новая черная дыра звонит гравитационными волнами: рябью в пространстве-времени, впервые предсказанной Альбертом Эйнштейном. Новая черная дыра вибрирует на определенном наборе частот, зависящих от ее массы и вращения, что помогает ученым узнать больше об объекте, образовавшемся при столкновении.
|
|
|
|
Эти колебания, известные как квазинормальные моды, являются «отпечатком пальца» черной дыры. Их обнаружение имеет центральное значение для проверки общей теории относительности Эйнштейна в самых экстремальных гравитационных условиях во Вселенной.
|
|
|
|
Теперь исследователи из Кембриджского университета разработали метод идентификации и каталогизации этих мод с большей точностью, чем раньше. В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, исследователи описывают, как они проанализировали компьютерные модели слияний черных дыр и выявили не только основную «ноту», на которой звенит черная дыра, но и «обертоны» — более слабые гармоники, которые затухают быстрее.
|
|
|
|
|
|
|
«Хотя самый громкий режим обычно наблюдается в данных гравитационных волн, многие более тихие режимы гораздо сложнее обнаружить, и до сих пор ведутся дебаты о том, какие режимы присутствуют и когда они появляются», — сказал Ричард Дайер из Кембриджского института астрономии, первый автор исследования. «Наш метод предоставляет систематический, основанный на данных способ разрешения этой неопределенности, и наши результаты служат ориентиром как для теоретических исследований, так и для реальных наблюдений».
|
|
|
|
Исследователи основывали свой метод на байесовском анализе — статистическом методе, который систематически взвешивает доказательства для определения наиболее вероятного объяснения для данного набора данных.
|
|
|
|
Помимо основных «нот» и «обертонов», исследователи также обнаружили в данных необычные «нелинейные моды»: колебания, возникающие при взаимодействии двух или более основных частот. Они аналогичны сложным тонам, которые может издавать электрогитара при игре с сильным искажением. Для обнаружения этих мод требуются высококачественные данные и тщательный анализ, чтобы отличить их от шума.
|
|
|
|
«Затухание колебаний — один из самых прямых способов исследования черных дыр, которые у нас есть», — сказал Дайер. «Но извлечь всю содержащуюся в нем информацию сложно. Мы хотели найти принципиальный, основанный на данных способ сделать это».
|
|
|
|
Дайер и его соавтор, доктор Кристофер Мур, применили свой метод к общедоступному каталогу высокоточных симуляций, моделирующих гравитационные волны до теоретической границы, где их можно точно измерить. Они зафиксировали, какие моды были обнаружены 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, полученных с помощью современных детекторов гравитационных волн, таких как LIGO и Virgo, а также для детекторов следующего поколения. Знание того, какие частоты следует искать в данном столкновении, позволит исследователям проводить еще более точные проверки общей теории относительности: например, проверять, соответствуют ли свойства конечной черной дыры предсказаниям уравнений Эйнштейна.
|
|
|
|
Источник
|
