Gravitacijske valove proizvajajo vse gibajoče se mase, od nihanja Zemlje okoli Sonca do vašega gibanja med vsakodnevnim življenjem. Toda trenutno so ti gravitacijski valovi premajhni, da bi jih lahko opazili. Gravitacijski observatoriji, kot sta LIGO in VIRGO, lahko vidijo le močne gravitacijske valove, ki nastanejo pri združevanju črnih lukenj zvezdne mase.
Zvok gravitacijske združitve je jasen. Zasluge: LIGO/Caltech/MIT/Univerza v Chicagu (Ben Farr)
Gravitacijski signal združevanja črnih lukenj je zelo razločen. Periodični val narašča po amplitudi, ko se črni luknji vedno bolj približujeta, kar se konča s 'čivkanjem', ko se črni luknji združita. Velikost in dolžina tega signala nam povesta o velikosti tako začetnih kot končnih črnih lukenj. Toda nove računalniške simulacije najdejo nianse v signalu, ki bi nam lahko povedali še več o teh združitvah.
V tem novem delu je ekipa simulirala tako imenovane asimetrične združitve. To so binarne, ki se spajajo, kjer je masa ene črne luknje veliko večja od druge. Posebej zanimivi so za astronome, ker lahko gravitacijski valovi, ki jih oddajajo, razkrijejo več podrobnosti kot združitve črnih lukenj podobne mase. Ker so gravitacijski valovi, ki jih oddajajo asimetrične združitve, tudi asimetrični, lahko nastala združena črna luknja dobi gravitacijski udarec, ki jo pošlje stran od prvotne lokacije. To je lahko razlog, zakaj nekaj galaksij, kot je Trikotnik galaksije nimajo supermasivne črne luknje.
Asimetrične združitve lahko povzročijo sekundarne žvižganje gravitacijskih valov. Zasluge: Calderon Bustillo, et al
Ko si je ekipa ogledala simulirane združitve z gravitacijskim udarcem, je odkrila signale gravitacijskih valov z več žvrgolenji. Sama združitev povzroči primarni cvrkut, asimetrični udarec pa povzroči sekundarne čivkanje. Velikost in čas teh čivkanja sta odvisna od smeri udarca in dinamike obzorja dogodkov združene črne luknje, ko se ustali v stabilni obliki.
Trenutni gravitacijski observatoriji bi morda lahko zaznali sekundarni žvrk v zelo asimetrični združitvi, vendar ne bi mogli videti veliko podrobnosti. Načrtovani observatoriji, kot je vesoljski program LISA, pa bi lahko. Z dovolj občutljivosti bi lahko celo preizkusili eno od temeljnih idej o črnih luknjah, znanih kot izrek brez las. Izrek pravi, da obzorje dogodkov stabilne črne luknje ne sme imeti površinskih podrobnosti (ali las), ki bi lahko razkrile njeno zgodovino. Z drugimi besedami, oblika obzorja dogodkov je odvisna samo od mase, vrtenja in električnega naboja črne luknje. Splošna teorija relativnosti predvideva, da je izrek brez las resničen, vendar nekatere alternative GR napovedujejo drugače.
Še vedno smo v zgodnjih fazah astronomije gravitacijskih valov. Delo, kot je to, kaže, da se moramo še veliko naučiti o tem razburljivem novem področju.
Referenca:Calderon Bustillo, et al. ' Po združitvi čivkajo iz binarnih črnih lukenj kot sonde končnega obzorja črnih lukenj .'Komunikacijska fizika3, 176 (2020).