Jeśli szybko wirująca czarna dziura połączy się z towarzyszem, wytworzy unikalny sygnał – taki, który detektory fal grawitacyjnych mogą być w stanie zaobserwować, poinformował fizyk Niels Warburton z MIT 18 kwietnia na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego. „Jest to zupełnie inna sygnatura fal grawitacyjnych” – powiedział Warburton, który jest współautorem pracy opublikowanej na arXiv.org 3 marca.
Standardowym sygnałem łączących się czarnych dziur jest „ćwierkanie”, nazwane tak ze względu na wzrost częstotliwości i amplitudy fal grawitacyjnych wytwarzanych w miarę jak czarne dziury spiralnie się poruszają. Po przekształceniu w fale dźwiękowe, wzór ten brzmi jak ćwierkanie ptaków. Warburton i współpracownicy przeprowadzili obliczenia, aby określić sygnaturę fal grawitacyjnych z fuzji z czarną dziurą wirującą w niemal pełnym przechyle. Zamiast ćwierkania, stwierdzili, że fale grawitacyjne zamiast tego utrzymywałyby stałą wysokość, ale powoli zanikały.
„To było z pewnością bardzo nieoczekiwane zobaczyć coś, co nie ćwierkało”, mówi fizyk Jolyon Bloomfield z MIT, który nie był zaangażowany w badania. „To naprawdę dość interesująca praca. Pokazuje, że ćwierkanie faktycznie znika – dzieje się tu coś innego”.
Jeśli takie fuzje czarnych dziur występują w naturze, obserwatoria fal grawitacyjnych nowej generacji, takie jak Evolved Laser Interferometer Space Antenna, mogą dostarczyć dowodów na ich istnienie. Plany zakładają, że eLISA będzie mierzyć fale grawitacyjne z kosmosu począwszy od 2034 roku. „Są one zdecydowanie wykrywalne za pomocą eLISA” – powiedział Warburton.
Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, które dokonało pierwszej detekcji fal grawitacyjnych w 2015 roku (SN: 3/5/16, str. 6), mogłoby być w stanie zaobserwować takie fuzje, gdyby warunki były odpowiednie. Chociaż LIGO nie może obserwować fuzji czarnych dziur tak masywnych jak Gargantua, to mniejsze wirujące czarne dziury dałyby podobny efekt.
Znalezienie czarnych dziur takich jak Gargantua miałoby wpływ poza Hollywood. Wirujące czarne dziury są „naprawdę interesujące z punktu widzenia fundamentalnej fizyki”, mówi Samuel Gralla z Uniwersytetu Arizony w Tucson, współautor nowej pracy.
Czarne dziury mogą wirować coraz szybciej, gdy zasysają materię, ale naukowcy uważają, że istnieje granica ich prędkości. W centrum czarnej dziury znajduje się osobliwość, czyli region o nieskończonej gęstości, który jest ukryty przez horyzont zdarzeń – powierzchnię, poza którą nic nie może uciec przed zachłannym przyciąganiem czarnej dziury. Jeśli jednak czarna dziura wiruje zbyt szybko, osobliwość zostaje odsłonięta. Taka „naga osobliwość”, jak wiadomo, jest uważana za niemożliwą do osiągnięcia, ponieważ znane prawa fizyki załamałyby się.
Według obliczeń naukowców, czarne dziury łączące się śpiewają, gdy większa czarna dziura obraca się tuż poniżej granicy, przy 99,99 procentach swojej maksymalnej prędkości. To sprawia, że śpiewające czarne dziury są kuszącą perspektywą dla zrozumienia fizyki w jej ekstremalnym wydaniu.
