При слиянии двух черных дыр рождается новый, более крупный объект. Он «звенит», подобно гитарной струне или колоколу, пока не примет стабильную форму. Вместо звука этот процесс порождает гравитационные волны — рябь пространства-времени, которую предсказал Эйнштейн. Частоты колебаний зависят от массы и вращения черной дыры, что позволяет ученым получать данные о столкновении.
Эти колебания называют квазинормальными модами. Они служат «отпечатком пальца» черной дыры. Физики из Кембриджа создали методику, которая идентифицирует и каталогизирует такие моды с большей точностью, чем прежде.
В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, группа под руководством Ричарда Дайера из Кембриджского института астрономии описывает анализ компьютерных моделей слияний. Ученые выявили не только главную «ноту», но и «обертоны» — быстро затухающие гармоники. Помимо них, в данных обнаружены «нелинейные моды», возникающие при взаимодействии двух или более частот (по аналогии со сложными тонами электрогитары с искажением).
Для обработки информации авторы применили байесовский анализ — статистический инструмент, взвешивающий данные для поиска наиболее вероятного объяснения. Метод протестировали на общедоступном каталоге симуляций гравитационных волн с разными соотношениями масс и параметрами спина.
По словам Дайера, извлечь информацию из процесса затухания сложно, но это один из прямых способов изучения черных дыр. Результаты исследования помогут интерпретировать данные с детекторов LIGO и Virgo, а также приборов следующего поколения. Знание того, какие частоты искать в конкретном столкновении, позволит проверить, соответствуют ли свойства черной дыры уравнениям Эйнштейна.
Ранее гравитационные волны помогли обнаружить признаки темной материи.
