У чёрных дыр может быть «скрытая шевелюра»: новый метод учёных из Нагои
Когда две чёрные дыры сливаются, новая дыра «звенит», как колокол, испуская гравитационные волны с определёнными частотами, которые со временем затухают. Этот короткий затухающий сигнал называется ringdown, и он может рассказать о том, что скрывается вокруг чёрной дыры. Об этом пишет издание Phys.org.
Согласно базовым уравнениям Эйнштейна для простейшей чёрной дыры, характеристики ringdown зависят только от массы и скорости вращения. Но если вокруг есть скрытая материя, она тоже влияет на сигнал. В теоретической физике такую дополнительную структуру называют «волосами» чёрной дыры.
Группа исследователей из Университета Нагои (Япония) нашла способ проверять наличие «волос» по изменениям в ringdown. Они выяснили, что скрытая материя влияет на частоту и скорость затухания волн по-разному. Это различие может показать, есть ли скрытая материя и как распределено её давление вокруг дыры.
Для вращающихся чёрных дыр эффект зависит от того, движутся ли волны по направлению вращения или против него. Исследование опубликовано в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Учёные выявили паттерн в сигнале гравитационных волн, который станет признаком наличия «волос» и поможет будущим наблюдениям отличить «волосатую» дыру от обычной.
Проверить наличие «волос» сложно, потому что разные виды дополнительной материи или новой физики могут менять ringdown по-разному. Новый метод даёт исследователям общий способ предсказывать, как скрытая материя изменит сигнал. «Волосы чёрной дыры могут представлять собой материю вокруг неё или отклонения от простейшей модели, предсказанной общей теорией относительности. Обнаружение или исключение этих изменений даст нам новый способ проверять гравитацию в экстремальной области», — говорит первый автор Ариадна Уксуэ Паломино Йя, аспирантка Университета Нагои.
Команда опиралась на известную связь: то, как свет движется по орбите вокруг чёрной дыры, соответствует поведению волн ringdown. Они добавили небольшое количество скрытой материи в стандартные модели и рассчитали изменения частоты и скорости затухания. Метод проверили на трёх известных теоретических чёрных дырах и расширили на вращающиеся.
Ключевой результат: частота и скорость затухания меняются не одинаково, и разница зависит от количества скрытой материи и распределения её давления. «Волны ringdown могут не только показать, что на дыру что-то влияет, но и дать подсказки о природе этой скрытой материи», — поясняет Паломино Йя.
Хотя результаты пока предварительные, метод помогает учёным знать, что искать в сигналах реальных чёрных дыр. В будущем он может позволить определять размер, вращение и наличие «волос» по гравитационным волнам.
