Wanneer twee zwarte gaten botsen, botsen ze niet met elkaar zoals twee sterren. Een zwart gat is een sterk gekromd gebied in de ruimte dat alleen kan worden beschreven door zijn massa, spin en elektrische lading, dus twee zwarte gaten laten gewelddadige zwaartekrachtgolven vrij wanneer ze samensmelten tot een enkel zwart gat. Het nieuwe zwarte gat blijft zwaartekrachtgolven uitzenden totdat het neerslaat in een eenvoudig ronddraaiend zwart gat. Deze periode van verzakking staat bekend als de neerwaartse ring en het patroon bevat aanwijzingen voor enkele van de diepste mysteries van de zwaartekrachtfysica.
Zwaartekrachtgolfobservatoria zoals de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) hebben zich vooral gericht op de inspiratieperiode van samensmeltingen van zwarte gaten. Dit is de periode waarin de twee zwarte gaten steeds dichter bij elkaar cirkelen, waardoor een ritmische stroom van krachtige zwaartekrachtgolven ontstaat. Hieruit kunnen astronomen de massa en spin van de oorspronkelijke zwarte gaten bepalen, evenals de massa en spin van het samengevoegde zwarte gat. Het patroon van zwaartekrachtgolven dat we waarnemen, wordt bepaald door Einsteins algemene relativiteitsvergelijkingen, en door observatie te koppelen aan theorie leren we over zwarte gaten.
De algemene relativiteitstheorie beschrijft de zwaartekracht buitengewoon goed. Van alle zwaartekrachttesten die we hebben gedaan, stemmen ze allemaal overeen met de algemene relativiteitstheorie. Maar de theorie van Einstein gaat niet goed samen met de andere extreem nauwkeurige fysische theorie, de kwantummechanica. Daarom hebben natuurkundigen wijzigingen in de algemene relativiteitstheorie voorgesteld die meer verenigbaar zijn met de kwantumtheorie. Volgens deze gewijzigde theorieën zijn er subtiele verschillen in de manier waarop samensmeltende zwarte gaten naar beneden slaan, maar het was niet mogelijk om deze verschillen waar te nemen. Maar sommige nieuwe studies laten zien hoe we ze zouden kunnen observeren tijdens de volgende LIGO-flyby.
Verwijder alle advertenties op Universe Today
Word lid van onze Patreon voor slechts $ 3!
Krijg de reclamevrije ervaring van je leven
In het eerste artikel concentreerde het team zich op wat bekend staat als de Teukolsky-vergelijking. De vergelijkingen, voor het eerst voorgesteld door Saul Teukolsky, zijn een effectieve manier om zwaartekrachtgolven te analyseren. De vergelijkingen zijn alleen van toepassing op de klassieke algemene relativiteitstheorie, dus ontwikkelde het team een manier om de vergelijkingen aan te passen voor aangepaste modellen van de algemene relativiteitstheorie. Omdat de oplossingen van zowel de Teukolsky- als de gewijzigde Teukolsky-vergelijkingen geen enorme supercomputer nodig hebben om op te lossen, kan het team de invallen van de zwarte gatenring in verschillende zwaartekrachtmodellen vergelijken.
In het tweede artikel wordt bekeken hoe dit zou worden gedaan met LIGO-gegevens. In plaats van zich te concentreren op algemene verschillen, concentreert dit artikel zich op wat bekend staat als de haarloze stelling. Algemene relativiteitstheorie voorspelt dat ongeacht hoe twee zwarte gaten samensmelten, het uiteindelijke samengevoegde zwarte gat alleen beschreven zou moeten worden door massa, spin en lading. Het mag geen “haar” of resterende kenmerken van het conflict hebben. In sommige gewijzigde versies van de algemene relativiteitstheorie kunnen zwarte gaten bepaalde eigenschappen hebben die in strijd zijn met de stelling zonder haar. In dit tweede artikel laten de auteurs zien hoe dit kan worden gebruikt om de algemene relativiteitstheorie te toetsen aan enkele gewijzigde theorieën.
LIGO is net begonnen met zijn laatste waarnemingsrun, dus het zal nog even duren voordat er voldoende gegevens zijn om te testen. Maar misschien hebben we binnenkort een nieuwe observatietest van de oude theorie van Einstein, en misschien bewijzen we dat het toch niet de definitieve theorie van de zwaartekracht is.
Rapport: Li, Dongjun, et al. “Verstoringen van roterende zwarte gaten buiten de algemene relativiteitstheorie: gemodificeerde Teukolsky-vergelijking.” Fysieke beoordeling X 13.2 (2022): 021029.
Rapport: Ma, Sizheng, Ling Sun en Yanbei Chen. “Zwart gat spectroscopie met modusreiniging.” Fysieke beoordelingsbrieven 130,2 (2023): 141401.
