Een internationaal team van onderzoekers, waaronder Prof. Badri Krishnan van de Radboud Universiteit, heeft een belangrijke eigenschap van zwarte gaten, bekend als de ’no-hair theorem’, geverifieerd met behulp van gravitatiegolfwaarnemingen. Het onderzoek wordt gepubliceerd in het vaktijdschrift Physical Review Letters.
Zwarte gaten zijn eigenlijk extreem eenvoudige objecten. In feite wordt elk zwart gat in ons universum volledig beschreven door slechts twee getallen: de massa en het impulsmoment (ook wel het draaimoment genoemd). Dit geldt niet voor normale sterren of planeten die bestaan uit veel complexere verdelingen van materie. Net als elke andere ster hebben zwarte gaten "quasi-normale modi (QNM)". Je kunt dat vergelijken met de eigenschap van een bel: als de bel door een hamer wordt geslagen, zendt de bel een spectrum van tonen uit die langzaam vervagen in de tijd. Deze tonen worden bepaald door vele factoren, zoals de vorm van de bel, het specifieke materiaal waaruit de bel bestaat, enz.
No-hair theorem
Op vergelijkbare wijze zendt een zwart gat een karakteristiek spectrum van gravitatiegolfsignalen uit, die specifieke frequenties hebben en na verloop van tijd vervagen. In het licht van de no-hair theorem moet het spectrum van quasi-normale modi voor een zwart gat sterk beperkt worden, aangezien het hele spectrum ook moet worden bepaald door slechts twee getallen.
Wanneer we het gravitatiegolfsignaal ontvangen van een ster met minstens twee quasi-normale modi, dan kunnen we deze eigenschap gebruiken om te bepalen of het hier in feite wel of niet gaat om een zwart gat.
Tweede modus
Om deze eigenschap van zwarte gaten te verifiëren heeft het team de gegevens van het gravitatiegolfsignaal van een binaire fusie van zwarte gaten, bekend als GW190521, opnieuw geanalyseerd. Deze gebeurtenis werd in mei 2019 ontdekt door de sterrenwachtposten LIGO en Virgo. Met behulp van gevoeligere technieken ontdekten ze een verrassing die verstopt zat in de data: een tweede, veel zwakkere, quasi-normale modus die niet door eerdere analyses was gesignaleerd. Dit was een grote verrassing omdat men dacht dat voor dergelijke waarnemingen veel gevoeligere detectoren nodig zouden zijn, die pas in het midden van de jaren 2030 beschikbaar zouden zijn
Algemene relativiteit
"Meer dan 20 jaar geleden hadden we dergelijke waarnemingen voorgesteld als een manier waarmee de aard van zwarte gaten getest zou kunnen worden", aldus Badri Krishnan. "We geloofden destijds niet dat de huidige LIGO- en Virgo-detectoren meerdere ring-downmodi zouden kunnen waarnemen. Daarom ben ik zo verheugd over deze resultaten. Tot nu toe hebben we geen afwijkingen gevonden bij de voorspellingen over algemene relativiteit en Einstein heeft nog steeds gelijk. Onze analyse toont aan dat de frequenties en dempingstijden van de quasi-normale modi overeenkomen met de voorspellingen over algemene relativiteit."
Deze curves tonen waarschijnlijkheidsverdelingen voor de frequentieen dempingstijden van ring-downmodi voor het resterende zwarte gat dat in GW190521 is gevormd. Het middelste vlak Übereik A") is de dominante modus, terwijl het rechtse vlak Übereik C") de pas ontdekte modus toont, volledig volgens de voorspellingen over algemene relativiteit (weergegeven als een gestippelde contour). Het linkse vlak Übereik C) is een lage frequentie-bereik gedomineerd door ruis met geen astrofysische signalen.
LiteratuurverwijzingCapano, C. D., Cabero, M., Westerweck, J., Abedi, J., Kastha, S., Nitz, A. H., Wang, Y.-F., Nielsen, A. B., & Krishnan, B. (2023). Multimode quasinormal spectrum from a perturbed black hole. Physical Review Letters, 131(22). https://doi.org/10.1103/physrevlett.131.221402
Meer weten? Neem contact op met de onderzoekers zelf of met Persvoorlichting & Wetenschapscommunicatie 024 361 6000 media [at] ru.nl ( media[at]ru[dot]nl ) .
Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica , Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics
