Чем подробнее ученые изучают черные дыры, тем более странными и загадочными они представляются, демонстрируют сложные характеристики, не поддающиеся простым объяснениям. Одна из таких характеристик — вибрации, которые они испускают при возмущении. Ученые из Киотского университета впервые применили точный метод Венцеля-Крамерса-Бриллюэна для анализа вибраций черных дыр. Их исследование, опубликованное в журнале Physical Review D, позволило рассмотреть скрытые детали в «звенящем» отклике этих космических гигантов.
Когда черная дыра испытывает возмущение, например, после слияния с другой, она излучает особые колебания, которые астрофизики называют квазинормальными модами. Эти затухающие «космические звонки» содержат информацию о массе, заряде и угловом моменте объекта и не зависят от того, как он образовался. Но самые быстрые и высокозатухающие моды вычислить особенно сложно — привычные методы часто дают сбои.
Команда Тайги Миячи проверила, способен ли с этим справиться точный ВКБ-анализ — усовершенствованный математический подход, ранее применявшийся в квантовой механике и волновой физике. Основанием для успеха стало использование кривых Стокса — особых границ на комплексной плоскости, вдоль которых волновые решения меняют характер. Эти линии могут закручиваться в спирали и образовывать сложные ветвления, уходящие от черной дыры. Ранее их влияние практически не учитывали.
Включив кривые Стокса в расчеты, исследователи выявили богатую, почти фрактальную структуру колебаний, которая ранее оставалась незамеченной. Поскольку метод опирается на фундаментальные параметры черной дыры, он универсален и может применяться в широком диапазоне сценариев.
В перспективе этот подход позволит точнее расшифровывать гравитационно-волновые сигналы от сливающихся черных дыр и повысить чувствительность детекторов вроде LIGO и Virgo. И хотя математика, лежащая в его основе, крайне сложна, ее ценность очевидна — она помогает нам лучше «услышать» одну из самых загадочных мелодий Вселенной.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что обнаружена самая массивная черная дыра.
