Nehmen wir an, dass zwei Schwarze Löcher mit ungefähr gleicher Masse in einem Doppelsternsystem, das beispielsweise aus einem sternförmigen Doppelsternsystem mit großer Masse gebildet wird, sich in Umlaufbahnen um ihren Massenmittelpunkt befinden. Nehmen wir weiter an, dass wir ihre Bewegungsgleichungen lange vor ihrer Verschmelzung betrachten. Als sehr grobe Annäherung verwende ich die Schwartzchild-Metrik, obwohl ich weiß, dass dies kein kugelsymmetrisches System ist. Das effektive Potenzial in dieser Metrik hätte folgende Form:
Wo , ist der Schwartzchild-Radius, und ist die reduzierte Masse.
Da dieses System also durch Gravitationswellen Energie verliert, würden sie schließlich eine kreisförmige Umlaufbahn mit einem Radius erreichen
Um jedoch mehr Energie zu verlieren und zu verschmelzen, muss eine zentripetale Barriere überwunden werden. Die einzige Möglichkeit, die ich sehe, besteht darin, dass das System den Bahndrehimpuls bis zu einem Punkt verliert, an dem es liegt wenn diese Barriere verschwindet.
Ich weiß, dass dies ziemlich grob ist, und in Wirklichkeit erfordert dies Computersimulationen unter Verwendung von Einsteins Feldgleichungen, aber es scheint mir, dass Schwarze Löcher, um zu verschmelzen, sowohl ihren Umlaufdrehimpuls als auch ihre Energie verlieren müssten.
Überträgt das System den Bahndrehimpuls auf den Spindrehimpuls der Schwarzen Löcher, die sie im Grunde drehen, wenn sie sich einander nähern? Ich gehe davon aus, dass der Gesamtdrehimpuls im Schwerpunktsystem noch erhalten bleiben muss. Was wäre der Mechanismus für diese Übertragung? Würde dies eine Ergosphäre um jedes Schwarze Loch beinhalten?
Kann man aus dem hier auf der Erde nachgewiesenen Gravitationswellensignal auf die Spins der verschmelzenden Schwarzen Löcher schließen?
Ja. Der Bahndrehimpuls kann und wird auf den Spin oder die Rotation des verschmolzenen Schwarzen Lochs übertragen. Es ist wahrscheinlich bei der Fusion im Jahr 2015 passiert; Sie konnten die endgültige Drehung als 0,7 der Extremale schätzen, sahen aber nicht genug von den ankommenden Wellen des Schwarzen Lochs, um ihre anfängliche Drehung abzuschätzen. Ich vergesse die genauen Wellenformparameter, die sie mehr brauchen, ich glaube auch ein höheres SNR.
Was eine Grenze betrifft, ja, alle rotierenden Schwarzen Löcher haben einen maximalen Drehimpuls, der normalerweise als Bruchteil der Masse bezeichnet wird, genannt a, wo die Lösung bricht. Beim Verschmelzen können sie viel Drehimpuls und Spins durch die Gravitationswellen loswerden. Ein Schwarzes Loch entsteht nicht, wenn a größer als 1 ist, aber die Horizontflächen und die Entropie können nicht reduziert werden, also könnten sie sich auch einfach als ganze Schwarze Löcher streuen. Suchen Sie nach den LIGO-Papieren für die Beobachtungen und Schätzungen des Spins von 2015 und 16. Außerdem erwarten sie, dass eLISA, wenn es jemals in den 20er Jahren eingeführt wird, in der Lage sein wird, die eingehenden Drehungen viel besser abzuschätzen.