Ψάχνοντας για …μαλλιά* σε συγχώνευση μελανών οπών

Μια μαύρη τρύπα που προέρχεται από την συγχώνευση δύο μικρότερων μελανών οπών στα πρώτα λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου (milliseconds) υπάρχει σε μια παραμορφωμένη κατάσταση. Καθώς η γεωμετρία της σταθεροποιείται, εκπέμπει μια βαρυτική κυματομορφή το σχήμα της οποίας φέρει πληροφορία σχετικά με τη μάζα, το σπιν, και κατ’ αρχήν (θεωρητικά), το ηλεκτρικό φορτίο. Η γενική σχετικότητα προβλέπει ότι οι ποσότητες αυτές από μόνες τους είναι επαρκείς για να περιγράψουν κάθε μαύρη τρύπα – δεν υπάρχουν άλλα διακριτά χαρακτηριστικά, ή «μαλλιά»(*). Με μια νέα εξέταση των πρώτων βαρυτικών κυμάτων που ανιχνεύθηκαν (γνωστά ως GW150914), ο Maximiliano Isi, του MIT (Massachusetts Institute of Technology), στο Cambridge και οι συνεργάτες του από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας, στην Pasadena και το Ινστιτούτο Flatiron, στη Νέα Υόρκη, έλεγξαν αυτό το «χωρίς- μαλλιά» (no-hair) θεώρημα, με μια προσέγγιση που επονομάζεται φασματοσκοπία μαύρης τρύπας. Η προσέγγιση εμπεριέχει μια σε βάθος ανάλυση του φάσματος συχνοτήτων του σήματος του βαρυτικού κύματος.

Προηγούμενες μελέτες είχαν υποθέσει ότι η δυναμική του σήματος που αμέσως ακολουθεί μια συγχώνευση ήταν πολύ περίπλοκη για να αναλυθεί λόγω των ευρέων μη γραμμικών παραμορφώσεων στη δυναμική του χωρόχρονου. Οι ερευνητές, ωστόσο, βρήκαν ότι αυτή η πρώιμη περίοδος μπορεί να περιγραφεί με έναν απλό γραμμικό συνδυασμό φθινουσών τύπων ταλάντωσης: το μακροβιότερο βασικό τύπο και τουλάχιστον μια περισσότερο γρήγορα φθίνουσα αρμονική. Εάν ισχύει το «χωρίς- μαλλιά» θεώρημα, θα πρέπει να περιορίζει τις συχνότητες και τους ρυθμούς απόσβεσης αυτών των σημάτων σε ορισμένες τιμές.

Η ανάλυση της ομάδας υποστηρίζει το θεώρημα, όμως η ακρίβεια του ελέγχου θα βελτιωθεί πάρα πολύ με την ανάλυση μελλοντικών συγχωνεύσεων, αφήνουν να εννοηθεί οι συγγραφείς της μελέτης. Η φασματοσκοπία μελανών οπών θα μπορούσε επίσης μια μέρα να αποκλείσει την πιθανότητα ότι αυτά που θεωρούμε ως μαύρες τρύπες είναι στην πραγματικότητα «μιμητές» μαύρης τρύπας – υποτιθέμενα συμπαγή αντικείμενα όπως άστρα μποζονίων ή gravastars που δεν έχουν ορίζοντα γεγονότων. Οι ιδιότητές τους θα εμφανίζονταν ως αποκλίσεις από υπογραφές σημάτων που προβλέπονται από τη γενική σχετικότητα.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Testing the No-Hair Theorem with GW150914. Physical Review Letters.

* Σημείωση egno.gr: Οι φυσικοί χρησιμοποιούν τη φράση «οι μαύρες τρύπες δεν έχουν μαλλιά», προκειμένου να περιγράψουν ένα σημαντικό θεώρημα της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, σύμφωνα με το οποίο το μόνο που μπορούμε να γνωρίζουμε για μία μαύρη τρύπα είναι η συνολική της μάζα, το συνολικό της φορτίο και η συνολική της στροφορμή.