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Fusion de trous noirs : la première détection de plusieurs fréquences de sonnerie   

Fusion de deux les trous noirs comporte trois étapes : les phases d'inspiration, de fusion et de sonnerie. Caractéristique ondes gravitationnelles sont émis à chaque phase. La dernière phase de sonnerie est très brève et code des informations sur les propriétés de la version finale. trou noir. Réanalyse des données binaires trou noir L'événement de fusion GW190521 a fourni, pour la première fois, la preuve des répliques caractéristiques de la fusion sous la forme de deux faibles fréquences de sonnerie distinctes produites par le signal unique résultant. trou noir alors qu'il s'installait dans une forme symétrique stable. Il s’agit de la première détection de plusieurs fréquences d’ondes gravitationnelles au stade de sonnerie. Tout comme une cloche « sonne » pendant un certain temps après avoir été bloquée, le single qui en résulte est déformé. trou noir formé après la fusion, des « anneaux » émettent pendant un certain temps de faibles ondes gravitationnelles avant d'atteindre une forme stable et symétrique. Et la façon dont la forme de la cloche détermine les fréquences spécifiques avec lesquelles la cloche sonne, de la même manière, selon le théorème sans cheveux, la masse et la rotation de la cloche. trou noir déterminer les fréquences de sonnerie. Par conséquent, ce développement ouvre la voie à l’utilisation des fréquences de sonnerie pour étudier les propriétés des particules finales. trou noir 

Trous noirs sont des objets massifs dotés de champs gravitationnels extrêmement puissants. Quand deux en orbite les trous noirs en spirale les uns autour des autres et finissent par fusionner, le tissu de espace-les temps autour d'eux sont perturbés, ce qui crée des ondulations de ondes gravitationnelles rayonnant vers l’extérieur. Depuis septembre 2015, lorsque l'astronomie des ondes gravitationnelles a débuté avec la première détection de ondes gravitationnelles généré par la fusion de deux les trous noirs À 1.3 milliard d'années-lumière, fusionnant les trous noirs sont désormais détectés régulièrement presque une fois par semaine.   

La fusion de les trous noirs comporte trois phases. Quand les deux les trous noirs sont largement séparés, ils lentement orbite les uns les autres émettant de faibles ondes gravitationnelles. Le binaire se déplace progressivement vers de plus en plus petit orbites car l'énergie du système est perdue sous forme de ondes gravitationnelles. C'est phase d'inspiration de coalescence. Le suivant est phase de fusion quand les deux les trous noirs se rapprocher suffisamment pour fusionner pour former un seul trou noir avec une forme déformée. Les ondes gravitationnelles (GW) les plus fortes sont émises à ce stade et sont désormais régulièrement détectées et enregistrées par les observatoires d'ondes gravitationnelles.  

La phase de fusion est suivie d'une étape très courte appelée étape de sonnerie dans lequel le single résultant est déformé trou noir obtient rapidement une forme sphérique ou sphéroïdale plus stable. Ondes gravitationnelles émis pendant la phase de sonnerie sont amortis et beaucoup plus faibles que les GW émis pendant la phase de fusion. Tout comme une cloche « sonne » pendant un certain temps après avoir été bloquée, le single qui en résulte trou noir des « anneaux » pendant un certain temps émettant beaucoup plus faiblement ondes gravitationnelles avant d'atteindre une forme stable et symétrique.  

Les faibles fréquences de sonnerie multiples de ondes gravitationnelles libéré pendant la phase d'arrêt de la fusion des deux les trous noirs n’étaient pas détectés jusqu’à présent.  

Une équipe de recherche a récemment réussi à détecter plusieurs fréquences d'ondes gravitationnelles au cours de la phase de sonnerie des systèmes binaires. trou noir événement de fusion GW190521. Ils ont recherché des tonalités d'évanouissement individuelles dans les fréquences de sonnerie sans considérer aucune relation avec les fréquences et les temps d'amortissement et ont réussi à identifier deux modes impliquant la déformation résultante. trou noir émis au moins deux fréquences après la fusion. Cela a été prédit par la relativité générale d'Einstein et le résultat confirme donc la théorie. En outre, les chercheurs ont comparé les fréquences et les temps d'amortissement des deux modes de sonnerie trouvés lors de l'événement de fusion pour tester le « théorème sans cheveux » (qui les trous noirs sont complètement caractérisés par la masse et la rotation et aucun autre « cheveu » n'est nécessaire pour décrire ses caractéristiques) et n'ont rien trouvé au-delà de la relativité générale.  

Il s’agit d’une étape importante car il était largement admis que l’observation de plusieurs fréquences de sonnerie ne serait pas possible avant que les détecteurs d’ondes gravitationnelles de nouvelle génération ne soient disponibles à l’avenir.  

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Sources:   

  1. Capano, CD et al. 2023. Spectre quasinormal multimode d'un trou noir perturbé. Lettres d'examen physique. Vol. 131, numéro 22. 1er décembre 2023. DOI : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402  
  2. Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik(Albert-Einstein-Institut), 2023. Actualités – Pour qui sonne le trou noir. Disponible à https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160 

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Umesh Prasad
Umesh Prasad
Journaliste scientifique | Rédacteur fondateur, magazine Scientific European

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