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Ich lese LIGOs neue Entdeckung von Gravitationswellen durch die Verschmelzung von Schwarzen Löchern. Während der Fusion sind zwei Phasen nicht schwer von Hand oder auf dem PC zu manipulieren, die In-Spiral- und die Ring-Down-Phase.
Während der heftigen Verschmelzung vor dem Ring-Down kommen die Doppelsterne eng miteinander in Kontakt und erregen Gravitationsstörungen um die endgültige Kerr-Raumzeit herum. Wenn ich das richtig verstehe, umfasst diese heftige Erregung Frequenzen über einen großen Bereich, möglicherweise weit über die von LIGO gesehenen hundert Hertz hinaus. Sie beobachteten diese niedrige Frequenz nur im Ring-Down, nur weil dieser Modus am langsamsten dämpft.
Nun kommt die Frage: Wie viel Bruchteil (oder Amplitude) werden die Moden während der Verschmelzung angeregt? Wenn ein hochfrequenter Modus mit einer sehr großen Amplitude angeregt wird, sollten sie dann nicht auch während des frühen Abklingens in den Daten auftauchen, obwohl sie schneller dämpfen?
Vielen Dank!
Nach einer binären Verschmelzung wird das resultierende Schwarze Loch einen Ringdown erfahren. Der Ringdown ist durch ein Spektrum quasi-normaler Moden (QNM) gekennzeichnet, die gemäß GR (insbesondere der Störungstheorie des Schwarzen Lochs) nur von der endgültigen Masse, dem Drehimpuls und der Ladung des Schwarzen Lochs abhängen. Dies ist effektiv das No-Hair-Theorem .
QNMs sind Schwingungen, die abklingen. Reguläre alte Normalmoden zerfallen nicht.
Welche QNMs angeregt werden, hängt von den Details ab, wie das Schwarze Loch gestört wird. Dies ähnelt QNMs in einem Musikinstrument. Die Klangfarbe, die Sie beim Zupfen einer Gitarrensaite hören, hängt davon ab, wo Sie die Saite physisch zupfen. Das Zupfen in der Mitte ergibt einen Basston, während das Zupfen am Rand einen Höhenton ergibt. In allen Fällen ist der dominante Modus die Grundlage für diese Saite.
Im Gegensatz zu musikalischen Obertönen, die durch einen einzigen Index gekennzeichnet sind. Die QNMs des Schwarzen Lochs beziehen sich auf sphärische Harmonische und sind durch zwei Indizes gekennzeichnet Und . Der Grundmodus ist der Quadrupol .
Das Anregungsspektrum der BH-Ringdown-Moden hängt von den Spins und Massen der beiden Objekte ab. Aufgrund der nichtlinearen Natur des GR-Zweikörperproblems gibt es kein einfaches Verfahren, um vorherzusagen, wie stark eine Mode im Allgemeinen angeregt wird. Es gibt mehrere Näherungen, die in speziellen Fällen funktionieren. Ein sehr einfaches Modell geht von nicht rotierenden anfänglichen Schwarzen Löchern aus, sodass das Anregungsspektrum eine Funktion des Massenverhältnisses der Schwarzen Löcher ist. .
Für gleiche Massenfusionen liegt fast die gesamte Anregung im Grundmodus. Mit zunehmendem Massenverhältnis gibt es immer mehr Anregungen in den Moden höherer Ordnung. Allerdings nimmt die gesamte Anregungsenergie ab. Ein großes Massenverhältnis bedeutet, dass ein kleines Schwarzes Loch in ein großes fällt, also stört es es nicht sehr.
Die beiden LIGO-Detektionen GW150914 und GW151226 befinden sich beide im Bereich des niedrigen Massenverhältnisses. Bei Moden höherer Ordnung wird also sehr wenig Energie abgestrahlt.
Kamaretsos et al . folgten der Nicht-Spinning-Methode, um die relative Amplitude zwischen Moden für verschiedene Massenverhältnisse unter Verwendung numerischer Simulationen zu bestimmen. Zum Beispiel fanden sie das für der fundamentale (2,2)-Modus hat etwa 73 % der Gesamtenergie. Die zweitgrößte Erregung (3,3) hatte etwa 12 %. Dann kommt (2,1) mit etwa 9% und (4,4) mit etwa 2%...
Die erste LIGO-Erkennung, GW150914 , stand kurz bevor . Die neuere LIGO-Erkennung, GW151226 , ist näher dran . In jedem Fall erwartete niemand, Moden höherer Ordnung des Ringdowns zu erkennen.
Dies ist seit einiger Zeit ein aktives Forschungsgebiet. Wenn Sie daran interessiert sind, tiefer zu graben, können Sie sich Folgendes ansehen:
Lewis Miller
Wissenschaft