Массу и спин черной дыры предсказали по гравитационным волнам

0

Астрофизики смогли разделить сигнал от слияния двух черных дыр на составляющие и вычислить физические свойства образовавшегося объекта. Расчеты совпали с реальными наблюдениями. Препринт статьи доступен на сайте ArXiv.org.

Согласно теории Эйнштейна, черные дыры должны проявлять только три наблюдаемых свойства: массу, спин и электрический заряд. Все остальные характеристики, которые физик Джон Уилер назвал «волосами», должны быть поглощены самой черной дырой, и поэтому их нельзя зафиксировать. Из этого также следует, что пойманный на Земле сигнал от слияния черных дыр может рассказать об их массе и спине — моменте вращения.

Однако до сегодняшнего момента доказать это ученым не удавалось. Для этого требовалось разделить полученный гравитационный сигнал на собственный «звук» новорожденной черной дыры и всплеск интенсивности во время столкновения. Последний, как и ожидалось, оказался слишком громким, и затмевал собой отличительный «звон» нового массивного объекта.

Полученный в 2015 году сигнал от слияния двух черных дыр, получивший название GW150914, имел форму пика: сначала его интенсивность быстро нарастала, а затем резко шла на спад. Именно верхняя часть этого пика и была моментом, когда две черные дыры слились в одну. Переведя полученный сигнал в звук, ученые услышали слабый писк. Но кроме роста интенсивности, объясняемого произошедшим процессом, астрофизикам ничего услышать не удалось.

Чтобы решить эту проблему, физики из Массачусетского технологического института совместно с коллегами провели компьютерное моделирование и выяснили, что такой сигнал, и особенно его часть сразу после пика, содержит «обертоны» — семейство громких, недолговечных тонов. Когда ученые повторно проанализировали сигнал с помощью новых данных, они обнаружили, что можно успешно разделить «звон» черной дыры на два сигнала. Затем, применив уравнения Эйнштейна к этим двум частям сигнала, ученые смогли вычислить массу и спин новорожденной черной дыры. Оказалось, что полученные значения совпадают с наблюдаемыми.

«В будущем у нас будут лучшие детекторы на Земле и в космосе, и сможем видеть не только два, а десятки разных частей сигнала и точно определять их характеристики, — говорит ведущий автор исследования Максимилиано Изи, сотрудник департамента астрофизики и космических исследований МIT. — Если это будут не черные дыры, как предсказывает Эйнштейн, а более экзотические объекты, такие как червоточины или бозонные звезды, они могут не «звенеть» таким же образом, и у нас будет шанс их увидеть».