Физикам из Мичиганского университета (США) и Института теоретической физики «Периметр» (Канада) в рамках масштабного сотрудничества удалось впервые детально смоделировать возможную «звуковую реакцию» пространства-времени после слияния черных дыр. Речь идет о слабых гравитационных волнах позднего периода, теоретически предсказанных, но ранее не наблюдавшихся в полных симуляциях. Как объясняет Лео Стейн, доцент Университета Миссисипи и соавтор исследования, до этого момента подобные эффекты наблюдались лишь в упрощенных моделях. Данная работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, является первой, где «хвосты» видны в симуляциях численной теории относительности.
При столкновении черных дыр возникает ударная волна, распространяющаяся в виде гравитационных волн. После основного сигнала возникает второе эхо — низкочастотный гул, который сравнивают со звоном колокола. Этот гул, или «хвост» представляет собой самый медленный процесс выравнивания пространства-времени после его деформации волной. Как отмечает ведущий исследователь проекта Марина Де Амичис, это не дискретные частоты, а непрерывный набор очень малых частот. Пространство-время пытается вернуться в состояние равновесия, и хотя начальные колебания затухают быстро, окончательный процесс расслабления происходит крайне медленно.
Обнаружение этих «хвостов» представляет сложность из-за их низкой частоты и склонности к взаимным помехам. Чтобы сделать сигнал максимально отчетливым в симуляциях, исследователям пришлось смоделировать не обычное, а почти лобовое столкновение черных дыр. Такой сценарий маловероятен в природе, как поясняет Лео Стейн, однако он позволил усилить эффект и впервые четко увидеть искомое явление. Эти данные важны, поскольку хвосты несут информацию не только о самих черных дырах, но и о структуре всего пространства, через которое прошли гравитационные волны. Если начальные частоты после слияния рассказывают о событиях вблизи черной дыры, то поздние «хвосты» дают более общую картину строения пространства-времени.
Проведенная работа является еще одним подтверждением общей теории относительности Эйнштейна, в рамках которой только и возможно существование подобных эффектов в искривленном пространстве-времени. Теперь, имея первую успешную симуляцию, ученые могут настраивать модели для более реалистичных условий, добавляя орбитальное движение сталкивающихся объектов. Это знание дает исследователям, работающим с данными детекторов LIGO и LISA, четкое представление о том, какие сигналы искать в шуме Вселенной, чтобы зафиксировать «последний стон» самых мощных космических катаклизмов.
Ранее Наука Mail рассказывала, что впервые найдено трио радиоярких черных дыр в одной системе.
