|
Новые горизонты гравитационно-волновой астрономии
|
|
|
|
Прослушивание «звона», производимого черными дырами после их столкновения и слияния, может позволить ученым проверить теорию общей относительности Эйнштейна в самых экстремальных условиях во Вселенной, одновременно раскрывая тайны этих загадочных объектов.
|
|
|
|
В рамках крупного международного обзора, проведенного совместно с Институтом физики, астрофизики из Бирмингемского университета, Университета Джонса Хопкинса и Высшего технического института Лиссабона показывают, как «спектроскопия» черных дыр быстро превращается из теоретической концепции в мощную экспериментальную науку. Работа опубликована в журнале Classical and Quantum Gravity.
|
|
|
|
Во время фазы «затухания» после столкновения и слияния вновь образованная черная дыра излучает характерные колебания гравитационных волн, известные как «квазинормальные моды». Измеряя эти частоты, учёные могут определить массу чёрной дыры и скорость её вращения, а также проверить правильность теории Эйнштейна.
|
|
|
|
С момента первого обнаружения гравитационных волн в 2015 году коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA наблюдала сотни слияний чёрных дыр и измерила десятки чёрных дыр, когда они затухали в соответствии со своими характерными тонами.
|
|
|
|
|
|
|
Где лежат текущие ограничения
|
|
|
|
До сих пор каждое наблюдаемое затухание согласуется с общей теорией относительности, но существующие детекторы ограничены. Будущие обсерватории, включая европейский телескоп Эйнштейна, американский космический исследовательский центр Cosmic Explorer и космическую миссию LISA, могут обнаружить новые доказательства новой физики.
|
|
|
|
Соруководитель исследования, доктор Грегорио Карулло из Бирмингемского университета, сказал: «Прислушиваясь к звону новообразованных черных дыр, мы превращаем гравитационные волны в инструмент для изучения некоторых из самых глубоких вопросов физики, от природы самой гравитации до возможности открытия совершенно новых форм материи и энергии».
|
|
|
|
Столкновения черных дыр генерируют интенсивные гравитационные поля, которые невозможно воссоздать в лабораториях на Земле. Исследователи обнаружили:
|
|
|
|
- Множественные обертоны, аналогичные гармоникам в музыкальных инструментах, в данных LIGO
|
|
- Взаимодействие мод, при котором колебания влияют друг на друга
|
|
- Динамические возбуждения мод
|
|
- Исключительные точки, где моды сливаются и ведут себя необычным образом
|
|
- «Хвосты» излучения, усиленные слияниями в переполненных астрофизических средах
|
|
|
|
Сигналы за пределами Эйнштейна
|
|
|
|
В обзоре замеченные колебания черных дыр определены как потенциальные способы проверки явлений за пределами Стандартной модели физики элементарных частиц, включая:
|
|
|
|
- Теории гравитации за пределами Эйнштейна
|
|
- Темную материю
|
|
- Квантово-масштабные эффекты вблизи горизонтов черных дыр
|
|
|
|
В обзоре собраны данные более чем 70 экспертов из учреждений Великобритании, Европы, Северной Америки, Азии и Южной Америки, чтобы представить наиболее полную на сегодняшний день оценку этой области. Это стало толчком к проведению крупнейшего международного семинара, посвященного этой теме, который состоялся в 2024 году в Датском архитектурном центре в Копенгагене.
|
|
Детекторы, созданные для более детального изучения
|
|
|
|
Ожидается, что следующее поколение детекторов преобразит эту область, предоставив ученым инструменты, которые должны обнаруживать гораздо больше слияний черных дыр и регулярно измерять множественные режимы колебаний. Эти будущие обсерватории должны позволить астрофизикам раскрыть механизмы образования черных дыр, которые бросают вызов существующим моделям, проверить теорию Эйнштейна гораздо точнее и искать новые частицы и силы.
|
|
|
|
Размышляя об этих грядущих достижениях, Карулло сказал: «По мере того, как детекторы гравитационных волн становятся более чувствительными, спектроскопия черных дыр обещает превратить черные дыры из загадочных объектов в прецизионные лаборатории для изучения сложных астрофизических процессов и раскрытия новых фундаментальных физических явлений».
|
|
|
|
Источник
|
