Какъв звук издават сливанията на черни дупки и защо това има значение

Екип от изследователи от Хайделбергския институт за теоретични изследвания (HITS) и Оксфордския университет установи, че някои черни дупки издават отличителни звуци, когато се сливат, независимо от техния произход.

Тези универсални звуци или чирп маси биха могли да разкрият нови нвща за формирането и еволюцията на черните дупки, както и експлозиите на свръхнови, които ги създават.

Сливане на черни дупки

Черните дупки са останки от масивни звезди, които се разпадат под собствената си гравитация. Когато две черни дупки обикалят около друга и в крайна сметка се сливат, те излъчват вълни в пространство-времето, наречени гравитационни вълни.

Тези вълни бяха засечени за първи път през 2015 г. от обсерваториите LIGO и Virgo, потвърждавайки вековната прогноза на Алберт Айнщайн и спечелвайки Нобеловата награда за физика за 2017 г.

Честотата на гравитационните вълни се увеличава, докато черните дупки спираловидно се приближават една до друга, създавайки характерен сигнал като чуруликане, който може да бъде измерен на Земята. Анализирайки този сигнал, учените могат да определят чирп масата, комбинация от двете отделни маси на черна дупка.

Досега се предполагаше, че чирп масата може да варира в зависимост от свойствата на черните дупки. Въпреки това, моделите на екипа на HITS предполагат, че има някои стандартни маси на черни дупки, които водят до универсални чирп маси.

„Съществуването на универсални чирп маси не само ни казва как се образуват черните дупки“, казва Фабиан Шнайдер, който ръководи изследването в HITS, „може също да се използва, за да се направи извод кои звезди експлодират в свръхнови“.

Това може да помогне за разрешаването на някои от мистериите около свръхновата, участващата ядрена и звездна физика и ускореното разширяване на Вселената.

Какво разкрива премахването на обвивката за образуването на черна дупка

Ключът към разбирането на универсалните чирп маси се крие в процеса на премахване на обвивката, който се случва в двойните звездни системи, където две звезди обикалят около друга и обменят маса.

Този процес засяга окончателната съдба на звездите, което ги прави по-вероятно да експлодират в свръхнови или да се превърнат в черни дупки. Екипът на HITS установи, че звездите с лишена обвивка образуват черни дупки с по-малко от 9 или повече от 16 слънчеви маси, но почти нито една между тях.

Това означава, че сливането на черни дупки с тези стандартни маси ще произведе универсални чирп маси от приблизително 8 и 14 слънчеви маси.

„Всички характеристики в разпределението на масите на черните дупки и чирп масите могат да ни кажат много за това как са се образували тези обекти“, казва Филип Подсядловски от Оксфордския университет, втори автор на изследването.

Гравитационните вълни могат да разрешат мистериите на свръхновите

Изследователите също така отбелязаха, че изглежда има празнина в наблюдаваните чирп маси на сливащи се черни дупки, както и изобилие при точно универсалните стойности, предвидени от техните модели.

„Тъй като броят на наблюдаваните сливания на черни дупки все още е доста малък, не е ясно дали този сигнал в данните е просто статистическа случайност или не“, казва Фабиан Шнайдер.

Екипът се надява, че бъдещите наблюдения на гравитационните вълни ще потвърдят техните прогнози и ще хвърлят повече светлина върху универсалните звуци на сливането на черни дупки.

Изследването е публикувано в The Astrophysical Journal Letters.