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黑洞合并:首次检测到多个振铃频率   

两个黑洞的合并分为三个阶段:吸气阶段、合并阶段和衰荡阶段。 每个阶段都会发射特征引力波。 最后的振铃阶段非常短暂,并编码有关最终黑洞属性的信息。 对双黑洞合并事件 GW190521 数据的重新分析首次提供了合并特征余震的证据,其形式为由此产生的单个黑洞在稳定成稳定对称形式时产生的两个独立的微弱振铃频率。 。 这是首次在振铃阶段探测到多个引力波频率。 就像钟声被卡住后“响”了一段时间一样,合并后形成的单个扭曲黑洞“响”了一段时间,发出微弱的引力波,然后才达到对称稳定的形式。 而且,钟的形状决定了钟敲响的具体频率,类似地,根据无毛定理,黑洞的质量和自旋决定了敲响频率。 因此,这一进展为使用衰荡频率研究最终黑洞的特性铺平了道路。  

黑洞是具有极强引力场的巨大物体。 当两个绕轨道运行的黑洞相互旋转并最终合并时,它们周围的时空结构会受到干扰,从而产生向外辐射的引力波涟漪。 自 2015 年 1.3 月 LIGO 首次探测到 XNUMX 亿光年外的两个黑洞合并产生的引力波开始引力波天文学以来,现在几乎每周都会常规地探测到一次合并黑洞。   

合并 黑洞 分为三个阶段。 当两个黑洞相距较远时,它们会缓慢地绕着彼此运行,并发射微弱的引力波。 随着系统能量以引力波的形式损失,双星系统逐渐移动到越来越小的轨道。 这是 吸气相 的聚结。 接下来是 合并阶段 当两个黑洞足够接近以合并形成一个形状扭曲的黑洞时。 最强的引力波(GW)在此阶段发射,目前已被引力波天文台定期检测和记录。  

合并阶段之后是一个非常短的阶段,称为 振铃阶段 其中所产生的单个扭曲黑洞快速实现更稳定的球形或椭球体形式。 引力波 衰荡阶段释放的引力波比合并阶段释放的引力波减弱并且微弱得多。 就像钟声被卡住后会“响”一段时间一样,由此产生的单个黑洞会“响”一段时间,在达到对称稳定形式之前发射出更微弱的引力波。  

两个黑洞合并的衰荡阶段释放的微弱的多重衰荡频率迄今为止尚未被发现。  

研究小组最近成功探测到双黑洞合并事件GW190521振铃阶段的多个引力波频率。 他们在振铃频率中寻找单个衰落音调,而不考虑与频率和阻尼时间的任何关系,并成功地识别了两种模式,这意味着合并后产生的变形黑洞至少发出两个频率。 这是爱因斯坦广义相对论所预言的,因此结果证实了该理论。 此外,研究人员比较了合并事件中发现的两种振铃模式的频率和阻尼时间,以测试“无毛发定理”(黑洞完全由质量和自旋来表征,不需要其他“毛发”来描述其特征),除了广义相对论之外什么也没有发现。  

这是一个里程碑,因为人们普遍认为,在未来下一代引力波探测器问世之前,观测多个振铃频率是不可能的。  

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来源:   

  1. 卡帕诺,CD 。 2023. 来自扰动黑洞的多模准正态谱。 物理评论快报。 卷。 131,第 22 期。1 年 2023 月 XNUMX 日。DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402  
  2. 马克斯普朗克引力物理学研究所(阿尔伯特爱因斯坦研究所),2023 年。新闻 – 黑洞为谁响起。 可用于 https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160 

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乌梅什·普拉萨德(Umesh Prasad)
乌梅什·普拉萨德(Umesh Prasad)
科学记者| 《科学欧洲》杂志创始人编辑

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