Wenn zwei Schwarze Löcher verschmelzen, senden sie Gravitationswellen in drei Phasen aus, die Inspirale, bei der die beiden Schwarzen Löcher durch Gravitationswellen einen Drehimpuls mit einer Geschwindigkeit abgeben, die kurz vor ihrer Verschmelzung nachweisbar wird, die Verschmelzung, bei der sich die Ereignishorizonte tatsächlich berühren und eins werden und das die Gravitationswellen mit der höchsten Amplitude und Frequenz erzeugt, und der Ringdown, bei dem sich das neue Schwarze Loch in eine Kugelform einlagert und überschüssige Energie abgibt, indem es Gravitationswellen aussendet, deren Amplitude schnell bis zu dem Punkt abnimmt, an dem LIGO sie nicht mehr erkennen kann.
Meine Frage ist, ob die Ringdown-Phase jemals wirklich endet, ob es eine endliche Zeitspanne gibt, bevor sie ihre gesamte Energie abgibt und sich in einem "idealen" Kerr-Schwarzen Loch niederlässt, oder ob es wie bei einer Schwarzkörperstrahlung ist, mit der die Energie emittiert wird proportional zu der Energiemenge, die noch abgestrahlt werden muss, was bedeutet, dass ein Schwarzes Loch, das aus einer Verschmelzung von Schwarzen Löchern hervorgegangen ist, für immer exponentiell schwächere und schwächere Gravitationswellen ausstrahlen würde (oder zumindest bis es in ferner, ferner Zukunft durch Hawking-Strahlung zerfällt). )
Der Zerfall der Ringdown-Modi ist exponentiell, wobei eine Halbzeit des Zerfalls durch die Masse und den Spin des Schwarzen Lochs (und die Modusnummern des Modus) bestimmt wird. Dieser Zerfall dauert also (zumindest im Kontext der klassischen allgemeinen Relativitätstheorie) ewig.
Irgendwann wird das abklingende Feld jedoch so schwach sein, dass wir uns Gedanken über die Quantisierung des abklingenden Felds machen müssen. (Dies würde technisch gesehen ein Verständnis der Quantengravitation erfordern, was wir nicht tun. Obwohl viel aus der pertubativen Quantengravitation gefolgert werden kann, die relativ gut verstanden ist.) Es ist möglich, dass nach einiger endlicher Zeit alle Quanten in einem Modus tatsächlich verdampfen und die Modus seinen Grundzustand erreicht haben. Die Zeitskala, in der man dies erwarten würde, ist überraschend kurz.
BEARBEITEN:
Hier ist eine Berechnung der Rückseite der Hüllkurve: Angenommen, ein Schwarzes Loch mit 100 Sonnenmassen ist aus einer Verschmelzung von Schwarzen Löchern mit einem Spin entstanden (wie es typisch ist). Der dominante Modus im Ringdown dieser Fusion wird eine Frequenz von etwa 1 kHz und eine Abklinghalbwertszeit von etwa 4 Millisekunden haben.
Nehmen wir nun an, die Quantisierung des Gravitationsfeldes folgt den üblichen kanonischen Quantisierungsregeln, was bedeutet, dass die Quanten dieses Modus Energie haben .
Nehmen Sie weiter an, dass etwa 10 % der Restmasse der Binärdatei in diesem Ringdown-Modus abgelagert wurden (eine Übertreibung). Dies würde zu übersetzen Quanten dieses Modus. Das hört sich nach viel an, wird aber in nur 260 Zerfallshalbwertszeiten auf etwa 1 Quant reduziert, was in diesem Fall etwa 1 Sekunde entspricht.
Wir können daher ziemlich sicher sein, dass wir uns innerhalb von Sekunden nach einer BH-Loch-Verschmelzung in einer Situation befinden, in der es keine Quanten in den Ringdown-Modi gibt und das Schwarze Loch seinen Grundzustand erreicht hat.
Timm