QUẢNG CÁO

Sáp nhập lỗ đen: phát hiện đầu tiên về nhiều tần số đổ chuông   

Sự hợp nhất của hai lỗ đen có ba giai đoạn: giai đoạn xoắn ốc, giai đoạn hợp nhất và giai đoạn đổ chuông. Sóng hấp dẫn đặc trưng được phát ra trong mỗi pha. Giai đoạn đổ chuông cuối cùng rất ngắn gọn và mã hóa thông tin về các đặc tính của lỗ đen cuối cùng. Phân tích lại dữ liệu từ sự kiện sáp nhập lỗ đen nhị phân GW190521, lần đầu tiên đã cung cấp bằng chứng về các dư chấn đặc trưng của vụ sáp nhập dưới dạng hai tần số rung chuyển mờ nhạt riêng biệt do lỗ đen đơn tạo ra khi nó ổn định ở dạng đối xứng ổn định. . Đây là lần phát hiện đầu tiên về nhiều tần số sóng hấp dẫn trong giai đoạn đổ chuông. Giống như một chiếc chuông 'rung' một thời gian sau khi bị mắc kẹt, lỗ đen biến dạng duy nhất hình thành sau khi sáp nhập 'rung chuông' một thời gian phát ra sóng hấp dẫn yếu trước khi đạt được dạng ổn định đối xứng. Và, hình dạng của chiếc chuông cũng xác định tần số cụ thể mà chuông rung lên, tương tự như vậy, theo định lý không có tóc, khối lượng và độ quay của lỗ đen cũng xác định tần số rung chuông. Do đó, sự phát triển này mở đường cho việc sử dụng tần số rung để nghiên cứu các đặc tính của lỗ đen cuối cùng.  

Lỗ đen là những vật thể có khối lượng lớn với trường hấp dẫn cực kỳ mạnh. Khi hai lỗ đen quay quanh nhau theo hình xoắn ốc và cuối cùng hợp nhất lại, kết cấu không-thời gian xung quanh chúng bị xáo trộn tạo ra những gợn sóng hấp dẫn tỏa ra bên ngoài. Kể từ tháng 2015 năm 1.3 khi thiên văn học sóng hấp dẫn bắt đầu với việc LIGO lần đầu tiên phát hiện ra sóng hấp dẫn được tạo ra bởi sự hợp nhất của hai lỗ đen cách nhau XNUMX tỷ năm ánh sáng, các lỗ đen hợp nhất hiện nay được phát hiện thường xuyên gần như một lần mỗi tuần.   

Sự hợp nhất của lỗ đen có ba giai đoạn. Khi hai lỗ đen cách xa nhau, chúng từ từ quay quanh nhau và phát ra sóng hấp dẫn yếu. Hệ nhị phân dần dần di chuyển đến các quỹ đạo ngày càng nhỏ hơn khi năng lượng của hệ bị mất dưới dạng sóng hấp dẫn. Đây là giai đoạn truyền cảm hứng của sự kết tụ. Tiếp theo là giai đoạn sáp nhập khi hai lỗ đen đến đủ gần để hợp nhất thành một lỗ đen duy nhất có hình dạng méo mó. Sóng hấp dẫn (GW) mạnh nhất được phát ra ở giai đoạn này hiện được các đài quan sát sóng hấp dẫn phát hiện và ghi lại thường xuyên.  

Giai đoạn sáp nhập được theo sau bởi một giai đoạn rất ngắn gọi là giai đoạn đổ chuông trong đó lỗ đen biến dạng đơn thu được sẽ nhanh chóng đạt được dạng hình cầu hoặc hình cầu ổn định hơn. Sóng hấp dẫn phát ra trong giai đoạn đổ chuông bị giảm dần và yếu hơn nhiều so với GW được giải phóng trong giai đoạn hợp nhất. Giống như một chiếc chuông 'rung' một thời gian sau khi bị mắc kẹt, lỗ đen đơn lẻ 'rung chuông' một thời gian sẽ phát ra các sóng hấp dẫn yếu hơn nhiều trước khi đạt được dạng ổn định đối xứng.  

Cho đến nay, các tần số rung chuyển yếu ớt của sóng hấp dẫn được giải phóng trong giai đoạn rung chuyển của sự hợp nhất của hai lỗ đen vẫn chưa được phát hiện.  

Một nhóm nghiên cứu gần đây đã thành công trong việc phát hiện nhiều tần số sóng hấp dẫn trong giai đoạn hình thành của sự kiện sáp nhập lỗ đen đôi GW190521. Họ đã tìm kiếm các tông màu mờ dần riêng lẻ trong các tần số đổ chuông mà không xem xét bất kỳ mối liên hệ nào với tần số và thời gian tắt dần và đã thành công trong việc xác định hai chế độ ngụ ý rằng lỗ đen bị biến dạng tạo ra phát ra ít nhất hai tần số sau khi hợp nhất. Điều này đã được dự đoán bởi thuyết tương đối rộng của Einstein, do đó kết quả đã xác nhận lý thuyết. Hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã so sánh tần số và thời gian tắt dần của hai chế độ rung chuyển được tìm thấy trong sự kiện hợp nhất để kiểm tra “định lý không có tóc” (rằng các lỗ đen được đặc trưng hoàn toàn bởi khối lượng và chuyển động quay và không cần “sợi tóc” nào khác để mô tả nó. các tính năng) và không tìm thấy gì ngoài thuyết tương đối rộng.  

Đây là một cột mốc quan trọng vì người ta cho rằng việc quan sát nhiều tần số rung chuông sẽ không thể thực hiện được trước khi các máy dò sóng hấp dẫn thế hệ tiếp theo ra đời trong tương lai.  

 *** 
 

Nguồn:   

  1. Capano, CD et al. 2023. Phổ chuẩn đa chế độ từ một lỗ đen nhiễu loạn. Thư đánh giá thể chất. Tập. 131, Số 22. Ngày 1 tháng 2023 năm XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402  
  2. Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik(Albert-Einstein-Institut), 2023. Tin tức – Lỗ đen đổ chuông dành cho ai. Có sẵn tại https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160 

*** 

Umesh Prasad
Umesh Prasad
Nhà báo khoa học | Biên tập viên sáng lập tạp chí Khoa học Châu Âu

Theo dõi bản tin của chúng tôi

Để được cập nhật tất cả các tin tức mới nhất, ưu đãi và thông báo đặc biệt.

Hầu hết các bài viết được ưa thích

Làm mịn các nếp nhăn 'bên trong' tế bào của chúng ta: Bước trước để chống lão hóa

Một nghiên cứu đột phá mới đã chỉ ra cách chúng ta có thể ...

Hiểu biết mới về bệnh tâm thần phân liệt

Một nghiên cứu đột phá gần đây đã khám phá ra cơ chế mới của bệnh tâm thần phân liệt Bệnh tâm thần phân liệt ...
- Quảng cáo -
94,863Người hâm mộNhư
47,632Người theo dõiTheo
1,772Người theo dõiTheo
30Thuê baoTheo dõi