Ett internationellt team av forskare inklusive Prof. Badri Krishnan vid Radboud University har verifierat en viktig egenskap hos svarta hål som kallas no-hair-teoremet med hjälp av gravitationsvågobservationer. Deras forskning är publicerad i tidskriften Physical Review Letters .
Det är ett anmärkningsvärt faktum i naturen att svarta hål är extremt enkla föremål. Faktum är att varje svart hål i vårt universum är helt beskrivet av bara två siffror:dess massa och rörelsemängd (eller "snurr"). Detta är inte sant för normala stjärnor eller planeter som är uppbyggda av mycket mer komplexa materiafördelningar.
Precis som alla andra stjärnor har svarta hål "kvasinormala lägen". Detta kommer att vara bekant för de flesta läsare som egenskapen hos en klocka:När den slås av en hammare avger klockan ett spektrum av toner som sakta tonar ut med tiden. Dessa toner bestäms av många faktorer som t.ex. klockans form, det speciella material som klockan består av, etc.
På ett liknande sätt avger ett stört svart hål ett karakteristiskt spektrum av gravitationsvågsignaler som har specifika frekvenser och tonar ut med tiden. I ljuset av no-hair-satsen måste det kvasi-normala spektrumet för ett svart hål vara mycket begränsat eftersom hela spektrumet också måste bestämmas av bara två tal.
När vi tar emot gravitationsvågsignalen från en stjärna som inkluderar minst två kvasinormala lägen, kan vi använda denna egenskap för att avgöra om det i själva verket är ett svart hål eller inte.
För att verifiera denna egenskap hos svarta hål analyserade teamet om data från gravitationsvågssignalen från en binär fusionshändelse för svarta hål känd som GW190521. Denna händelse upptäcktes av LIGO- och Virgo-observatorierna i maj 2019.
Med hjälp av känsligare tekniker upptäckte de en överraskning gömd i data:Ett andra mycket svagare kvasi-normalt läge som missades av tidigare analyser. Detta var en stor överraskning eftersom man trodde att sådana detektioner skulle kräva mycket känsligare detektorer som skulle vara tillgängliga först i mitten av 2030-talet.
"För mer än 20 år sedan hade vi föreslagit sådana observationer som ett sätt att testa svarta håls natur", säger Badri Krishnan. "Vid den tiden trodde vi inte att de nuvarande LIGO- och Jungfrudetektorerna skulle kunna observera flera ringdown-lägen. Därför är dessa resultat särskilt glädjande för mig.
"Än så länge har vi inte hittat några avvikelser från förutsägelserna om allmän relativitet och Einstein fortsätter att ha rätt. Vår analys visar att frekvenserna och dämpningstiderna för de kvasi-normala moden överensstämmer med förutsägelserna om allmän relativitet."
Mer information: Collin D. Capano et al, Multimode Quasinormal Spectrum from a Perturbed Black Hole, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.221402
Journalinformation: Fysiska granskningsbrev
Tillhandahålls av Radboud University
