การรวมตัวกันของทั้งสอง หลุมดำ มีสามขั้นตอน: ระยะสร้างแรงบันดาลใจ การควบรวมกิจการ และระยะการปิดล้อม ลักษณะเฉพาะ คลื่นโน้มถ่วง จะถูกปล่อยออกมาในแต่ละเฟส ขั้นตอนการปิดบัญชีครั้งสุดท้ายนั้นสั้นมากและเข้ารหัสข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติของขั้นตอนสุดท้าย หลุมดำ- การวิเคราะห์ข้อมูลจากไบนารีอีกครั้ง หลุมดำ เหตุการณ์การควบรวมกิจการ GW190521 ได้จัดให้มีหลักฐานของอาฟเตอร์ช็อกอันเป็นเอกลักษณ์ของการควบรวมกิจการในรูปแบบของความถี่เสียงเรียกเข้าจาง ๆ สองความถี่ที่แยกจากกันซึ่งเกิดจากซิงเกิลผลลัพธ์ หลุมดำ เมื่อมันตกลงสู่รูปแบบสมมาตรที่มั่นคง นี่เป็นการตรวจจับความถี่คลื่นโน้มถ่วงหลายความถี่ในระยะริงดาวน์เป็นครั้งแรก เช่นเดียวกับที่ระฆัง 'ดัง' สักพักหลังจากติดค้าง ผลลัพธ์ซิงเกิลก็บิดเบี้ยว หลุมดำ เกิดขึ้นหลังจากการควบรวมกิจการ 'วงแหวน' เป็นระยะเวลาหนึ่งที่เปล่งแสงจาง ๆ คลื่นโน้มถ่วง ก่อนจะได้รูปทรงที่มั่นคงสมมาตร และรูปร่างของกระดิ่งก็เป็นเพียงตัวกำหนดความถี่เฉพาะที่กระดิ่งจะดังขึ้น ในทำนองเดียวกัน ตามทฤษฎีบทไม่มีขน มวลและการหมุนของกระดิ่ง หลุมดำ กำหนดความถี่เสียงเรียกเข้า ดังนั้นการพัฒนานี้จึงปูทางไปสู่การใช้ความถี่ริงดาวน์เพื่อศึกษาคุณสมบัติของขั้นสุดท้าย หลุมดำ.
หลุมดำ เป็นวัตถุขนาดใหญ่ที่มีสนามโน้มถ่วงแรงมาก เมื่อสอง การโคจร หลุมดำ หมุนวนรอบกันและในที่สุดก็รวมตัวกันเป็นโครงสร้างของ ช่องว่าง-เวลารอบตัวถูกรบกวนจนทำให้เกิดคลื่น คลื่นโน้มถ่วง แผ่ออกไปด้านนอก ตั้งแต่เดือนกันยายน พ.ศ. 2015 เมื่อดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงเริ่มต้นขึ้นพร้อมกับการตรวจจับครั้งแรกของ LIGO คลื่นโน้มถ่วง เกิดจากการรวมตัวกันของสองสิ่ง หลุมดำ ห่างออกไป 1.3 พันล้านปีแสง รวมตัวกัน หลุมดำ ปัจจุบันตรวจพบเป็นประจำเกือบสัปดาห์ละครั้ง
การควบรวมกิจการของ หลุมดำ มีสามขั้นตอน เมื่อทั้งสอง หลุมดำ แตกแยกกันเป็นวงกว้างก็ค่อยๆ วงโคจร ต่างส่งเสียงอ่อนแรง คลื่นความโน้มถ่วง ไบนารี่จะค่อยๆ เคลื่อนไปเล็กลงเรื่อยๆ วงโคจร เนื่องจากพลังงานของระบบสูญเสียไปในรูปของ คลื่นโน้มถ่วง. นี่คือ ระยะแรงบันดาลใจ ของการรวมตัวกัน ต่อไปก็คือ ขั้นตอนการควบรวมกิจการ เมื่อทั้งสอง หลุมดำ เข้าใกล้พอที่จะรวมตัวกันเป็นหนึ่งเดียว หลุมดำ ด้วยรูปร่างที่บิดเบี้ยว คลื่นความโน้มถ่วงที่รุนแรงที่สุด (GW) จะถูกปล่อยออกมาในระยะนี้ ซึ่งปัจจุบันตรวจพบและบันทึกโดยหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงเป็นประจำ
ระยะการควบรวมกิจการจะตามมาด้วยระยะที่สั้นมากเรียกว่า เวทีการปิดล้อม โดยที่ผลซิงเกิลนั้นบิดเบี้ยว หลุมดำ บรรลุรูปแบบทรงกลมหรือทรงกลมที่มีความเสถียรมากขึ้นอย่างรวดเร็ว คลื่นความโน้มถ่วง ที่ปล่อยออกมาในช่วงวงแหวนจะลดลงและจางกว่า GW ที่ปล่อยออกมาในระยะการควบรวมกิจการมาก เช่นเดียวกับที่ระฆัง 'ดัง' สักพักหนึ่งหลังจากติดขัด ผลลัพธ์ก็คือซิงเกิล หลุมดำ 'แหวน' ในบางครั้งเปล่งเสียงเบาลงมาก คลื่นโน้มถ่วง ก่อนจะได้รูปทรงที่มั่นคงสมมาตร
ความถี่เสียงเรียกเข้าหลายอันจาง ๆ ของ คลื่นโน้มถ่วง ปล่อยออกมาในช่วงการปิดล้อมของการควบรวมกิจการของทั้งสอง หลุมดำ จนถึงขณะนี้ตรวจไม่พบ
ทีมวิจัยเพิ่งประสบความสำเร็จในการตรวจจับความถี่คลื่นความโน้มถ่วงหลายความถี่ในระยะวงแหวนของระบบไบนารี่ หลุมดำ เหตุการณ์การควบรวมกิจการ GW190521 พวกเขาค้นหาโทนสีซีดจางแต่ละโทนในความถี่วงแหวนลงโดยไม่คำนึงถึงความสัมพันธ์ใดๆ กับความถี่และเวลาหน่วง และประสบความสำเร็จในการระบุสองโหมดที่บ่งบอกถึงผลลัพธ์ที่ผิดรูป หลุมดำ ปล่อยออกมาอย่างน้อยสองความถี่หลังจากการควบรวมกิจการ สิ่งนี้ทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ดังนั้นผลลัพธ์จึงยืนยันทฤษฎีนี้ นอกจากนี้ นักวิจัยได้เปรียบเทียบความถี่และเวลาในการหน่วงของโหมดวงแหวนลงทั้งสองโหมดที่พบในเหตุการณ์การควบรวมกิจการเพื่อทดสอบ "ทฤษฎีบทไม่มีขน" (ที่ หลุมดำ มีลักษณะพิเศษเฉพาะด้วยมวลและการหมุน และไม่ต้องใช้ "เส้นผม" อื่นใดในการอธิบายคุณลักษณะของมัน) และไม่พบสิ่งใดเลยนอกจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
นี่เป็นเหตุการณ์สำคัญเนื่องจากมีความคิดกันอย่างกว้างขวางว่าการสังเกตความถี่วงแหวนหลายความถี่จะไม่สามารถทำได้ก่อนที่เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงรุ่นต่อไปจะพร้อมใช้งานในอนาคต
***
แหล่งที่มา:
- คาปาโน, ซีดี อัล et. 2023. สเปกตรัมกึ่งปกติแบบมัลติโหมดจากหลุมดำที่ถูกรบกวน จดหมายทบทวนทางกายภาพ ฉบับที่ 131 ฉบับที่ 22 1 ธันวาคม 2023 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik(Albert-Einstein-Institut), 2023 ข่าว – หลุมดำดังขึ้นเพื่อใคร สามารถดูได้ที่ https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
***
