Βαρυτικό κύμα από συγχώνευση μαύρων τρυπών με πολύ διαφορετικές μάζες. A signal like none before

Η εν λόγω ανίχνευση επιβεβαιώνει άλλη μια φορά την θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία προβλέπει την ύπαρξη των ανώτερων αρμονικών, δηλαδή βαρυτικά κύματα σε δυο ή τρείς φορές υψηλότερες συχνότητες από την θεμελιώδη συχνότητα που παρατηρούνταν μέχρι σήμερα. LIGO and Virgo detectors catch first gravitational wave from binary black hole merger with unequal masses. Binary black hole merger where the two black holes have distinctly different masses of about 8 and 30 times that of our Sun. © N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes project

Το  σήμα με κωδικό όνομα GW190412 είναι η πρώτη ανίχνευση βαρυτικού κύματος προερχόμενου από την συγχώνευση δυο μαύρων τρυπών με πολύ διαφορετικές μάζες: 8M_☉ και 30M_☉ (όπου M_☉ η μάζα του ήλιου μας).

Για πρώτη φορά στο βαρυτικό κύμα GW190412 «ακούσαμε» μια υψηλότερη αρμονική, παρόμοια με αυτές των μουσικών οργάνων, εξηγεί ο Frank Ohme της ερευνητικής ομάδας Max Planck. Τα συστήματα με άνισες μάζες, όπως το  GW190412 δημιουργούν πιο δυνατά σήματα σε σχέση με τις προηγούμενες παρατηρήσεις – τις οποίες δεν μπορούσαμε να ακούσουμε. Η εν λόγω ανίχνευση επιβεβαιώνει άλλη μια φορά την θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία προβλέπει την ύπαρξη των ανώτερων αρμονικών, δηλαδή βαρυτικά κύματα σε δυο ή τρείς φορές υψηλότερες συχνότητες από την θεμελιώδη συχνότητα που παρατηρούνταν μέχρι σήμερα.

Numerical simulation of a black-hole binary merger with asymmetric masses and orbital precession (GW190412). © N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes project

Κι αυτό γιατί οι μαύρες τρύπες που προκάλεσαν το κύμα GW190412 διαφέρουν αρκετά στις μάζες τους – έχουν αντίστοιχα 8 και 30 φορές την μάζα του ήλιου. Όλα τα προηγούμενα βαρυτικά κύματα που είχαν ανιχνευθεί είχαν προέλθει από την συγχώνευση μαύρων τρυπών με περίπου ίδιες μάζες.

Αυτή η μεγάλη διαφορά μάζας σημαίνει ότι οι φυσικοί μπορούν να μετρήσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια πολλές ιδιότητες του δυαδικού συστήματος: την απόστασή του από την Γη, την γωνία που παρατηρούμε το επίπεδο της τροχιάς του και το πόσο γρήγορα περιστρέφεται η βαρύτερη μαύρη τρύπα γύρω από τον άξονά της.

Numerical simulation of a black-hole binary merger with asymmetric masses and orbital precession (GW190412). Numerical simulation of two black holes that inspiral and merge, emitting gravitational waves. One black hole is 3.5x more massive than the other and spins, which makes the orbit precess. The simulated gravitational wave signal is consistent with the observation made by the LIGO and Virgo gravitational wave detectors on April 12th, 2019 (GW190412). Credits: © N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes project

Το σήμα GW190412 παρατηρήθηκε από τους ανιχνευτές LIGO και Virgo στις 12 Απριλίου 2019. Η συγχώνευση των μαύρων τρυπών συνέβη σε απόσταση 1,9 με 2,9 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη.

Η παρατήρηση του GW190412 δείχνει ότι παρόμοια συστήματα μαύρων τρυπών με άνισες μάζες ίσως να μην είναι τόσο σπάνια όσο προβλέπουν κάποια μοντέλα.

Πηγές: GW190412: Observation of a Binary-Black-Hole Coalescence with Asymmetric Masses, arXiv:2004.08342 [astro-ph.HE] https://arxiv.org/abs/2004.08342 - https://www.ligo.org/detections/GW190412.php - https://www.mpg.de/14699659/0418-grav-057313-a-signal-like-none-before3 - https://physicsgg.me/2020/04/20/