利用雙星黑洞合並的引力波觀測驗證無發定理

這些圖顯示了GW190521中形成的剩餘黑洞的環道模式的頻率和阻尼時間的概率分布。中間的麵板(“範圍A”)是主導模式，而右邊的麵板(“範圍B”)顯示了新發現的模式，與廣義相對論的預測非常一致(顯示為虛線輪廓)。左圖(“範圍C”)是一個低頻範圍，主要是噪聲，沒有天體物理信號。學分:uux.cn/拉德布大學
（神秘的地球uux.cn）據拉德布大學：包括拉德布大學巴德裏·克裏希南教授在內的一個國際研究小組利用引力波觀測驗證了黑洞的一個重要特性，即無毛定理。他們的研究發表在《物理評論快報》雜誌上。
黑洞是極其簡單的物體，這是自然界的一個顯著事實。事實上，我們宇宙中的每個黑洞都完全由兩個數字來描述:它的質量和角動量(或“自旋”)。對於由複雜得多的物質分布組成的普通恒星或行星來說，這是不正確的。
就像任何其他恒星一樣，黑洞也有“準正常模式”這是大多數讀者所熟悉的鍾的屬性:當被錘子敲擊時，鍾發出一係列的音調，這些音調隨著時間慢慢消失。這些音調是由許多因素決定的，如鍾的形狀、構成鍾的特殊材料等。
無毛定理
以類似的方式，一個被擾動的黑洞發出一個引力波信號的特征頻譜，該頻譜具有特定的頻率，並隨著時間的推移逐漸消失。根據無發定理，黑洞的準正常模式光譜必須高度受限，因為整個光譜也必須由兩個數字決定。
因此，當我們接收到來自一顆至少包括兩個準正常模式的恒星的引力波信號時，我們可以利用這一特性來確定它實際上是否是一個黑洞。
數據中的驚喜
為了驗證黑洞的這一特性，該團隊重新分析了來自一個名為GW190521的二元黑洞合並事件的引力波信號的數據。這一事件是由LIGO和處女座天文台在2019年5月探測到的。
使用更敏感的技術，他們發現了隱藏在數據中的驚喜:早期分析遺漏了第二個弱得多的準正常模式。這是一個重大的驚喜，因為人們認為這種探測需要更靈敏的探測器，而這些探測器要到21世紀30年代中期才能獲得。
廣義相對論
“20多年前，我們提出了這樣的觀察方法，作為檢驗黑洞本質的一種手段，”巴德裏·克裏希南說。“當時我們不相信目前的LIGO和室女座探測器能夠觀測到多種衰蕩模式。因此，這些結果對我來說特別令人滿意。
“到目前為止，我們沒有發現與廣義相對論的預測有任何偏差，愛因斯坦仍然是正確的。我們的分析表明，準正常模式的頻率和阻尼時間與廣義相對論的預測一致。”