Fusione di due buchi neri prevede tre fasi: fase di ispirazione, fusione e ringdown. Caratteristica onde gravitazionali vengono emessi in ogni fase. L'ultima fase di ringdown è molto breve e codifica le informazioni sulle proprietà del finale buco nero. Rianalisi dei dati da binario buco nero L'evento di fusione GW190521 ha fornito, per la prima volta, la prova delle scosse di assestamento della fusione sotto forma di due deboli frequenze di ringdown separate prodotte dal singolo buco nero mentre si stabilizzava in una forma simmetrica stabile. Questa è la prima rilevazione di frequenze multiple di onde gravitazionali nella fase di ringdown. Proprio come una campana che "suona" per qualche tempo dopo essere rimasta bloccata, il singolo risultante risulta distorto buco nero formatosi dopo la fusione 'suona' per qualche tempo emettendo flebili suoni onde gravitazionali prima di raggiungere una forma stabile simmetrica. E, proprio il modo in cui la forma della campana determina le frequenze specifiche con cui la campana suona, allo stesso modo, secondo il teorema senza capelli, la massa e la rotazione della campana buco nero determinare le frequenze di chiamata. Quindi, questo sviluppo apre la strada all'uso delle frequenze ringdown per studiare le proprietà del finale buco nero.
Buchi neri sono oggetti massicci con campi gravitazionali estremamente forti. Quando due orbitante buchi neri spirale attorno all'altro e alla fine si fondono, il tessuto di spazio-i tempi intorno a loro sono disturbati e creano increspature onde gravitazionali irradiante verso l'esterno. Dal settembre 2015, quando l'astronomia delle onde gravitazionali è iniziata con la prima rilevazione di LIGO onde gravitazionali generato dalla fusione di due buchi neri Distanti 1.3 miliardi di anni luce, si fondono buchi neri vengono ora rilevati di routine quasi una volta alla settimana.
La fusione di buchi neri ha tre fasi. Quando i due buchi neri sono ampiamente separati, lentamente orbita l'un l'altro emette debole onde gravitazionali. Il binario si sposta gradualmente verso dimensioni sempre più piccole orbite poiché l'energia del sistema viene persa sotto forma di onde gravitazionali. Questo è fase inspiratoria di coalescenza. Il prossimo è fase di fusione quando i due buchi neri avvicinarsi abbastanza da fondersi per formare un unico buco nero con forma distorta. In questa fase vengono emesse le onde gravitazionali (GW) più forti che ora vengono regolarmente rilevate e registrate dagli osservatori di onde gravitazionali.
Alla fase di fusione segue una brevissima fase denominata fase di ringdown in cui il singolo risultante è distorto buco nero raggiunge rapidamente una forma sferica o sferoidale più stabile. Onde gravitazionali emesse nella fase di ringdown sono smorzate e molto più deboli rispetto alle GW rilasciate nella fase di fusione. Proprio come una campana 'suona' per qualche tempo dopo essere rimasta bloccata, ne risulta il singolo buco nero 'squilla' da qualche tempo emettendo un suono molto più debole onde gravitazionali prima di raggiungere una forma stabile simmetrica.
Le deboli frequenze multiple di ringdown di onde gravitazionali rilasciato durante la fase di ringdown della fusione di due buchi neri non sono stati finora rilevati.
Un gruppo di ricerca è recentemente riuscito a rilevare molteplici frequenze di onde gravitazionali nella fase ringdown del sistema binario buco nero evento di fusione GW190521. Hanno cercato i singoli toni di dissolvenza nelle frequenze di ringdown senza considerare alcuna relazione con le frequenze e i tempi di smorzamento e sono riusciti a identificare due modalità che implicano la risultante deformata buco nero emise almeno due frequenze dopo la fusione. Ciò era stato previsto dalla relatività generale di Einstein, quindi il risultato conferma la teoria. Inoltre, i ricercatori hanno confrontato le frequenze e i tempi di smorzamento delle due modalità ringdown riscontrate nell’evento di fusione per testare il “teorema no-hair” (che buchi neri sono completamente caratterizzati da massa e spin e non sono necessari altri “capelli” per descriverne le caratteristiche) e non hanno trovato nulla oltre la relatività generale.
Si tratta di una pietra miliare perché era opinione diffusa che l’osservazione di frequenze multiple di ringdown non sarebbe stata possibile prima che i rilevatori di onde gravitazionali di prossima generazione diventassero disponibili in futuro.
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Fonti:
- Capano, CD et al. 2023. Spettro quasinormale multimodale da un buco nero perturbato. Lettere di revisione fisica. vol. 131, numero 22. 1 dicembre 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402
- Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik(Albert-Einstein-Institut), 2023. Novità – Per chi suona il buco nero. Disponibile a https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160
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