Een team van zwaartekrachtgolfonderzoekers onder leiding van het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) meldt dat wanneer twee zwarte gaten botsen en samensmelten, het overblijfsel van het zwarte gat "piept" niet één keer, maar meerdere keren zwaartekrachtgolven uitzenden - intense rimpelingen in de ruimte en tijd van de stof - die informatie over de vorm ervan onthullen. Hun studie is gepubliceerd in Communicatie Fysica .

Zwarte gaten behoren tot de meest fascinerende objecten in het universum. Aan hun oppervlakte, bekend als de gebeurtenishorizon, de zwaartekracht is zo sterk dat zelfs licht niet kan ontsnappen. Gebruikelijk, zwarte gaten zijn stille objecten die alles inslikken dat te dicht bij hen komt; echter, wanneer twee zwarte gaten botsen en samensmelten, ze produceren een van de meest catastrofale gebeurtenissen in het universum:in een fractie van een seconde, een sterk vervormd zwart gat vormt zich en geeft enorme hoeveelheden energie af terwijl het zich in zijn uiteindelijke toestand nestelt. Dit fenomeen geeft astronomen een unieke kans om snel veranderende zwarte gaten te observeren en de zwaartekracht in zijn meest extreme vorm te verkennen.

Hoewel botsende zwarte gaten geen licht produceren, astronomen kunnen de gedetecteerde zwaartekrachtsgolven observeren die ze creëren - rimpelingen in het weefsel van ruimte en tijd. Wetenschappers speculeren dat, na een aanrijding, het gedrag van het overgebleven zwarte gat is de sleutel tot het begrijpen van de zwaartekracht en moet worden gecodeerd in de uitgezonden zwaartekrachtgolven.

In het artikel gepubliceerd in Communicatie Fysica , de wetenschappers, onder leiding van OzGrav-alumnus prof. Juan Calderón Bustillo, rapporteert hoe zwaartekrachtsgolven de vorm coderen van samensmeltende zwarte gaten terwijl ze zich in hun uiteindelijke vorm nestelen.

Afgestudeerde student en co-auteur Christopher Evans van het Georgia Institute of Technology (VS) zegt:"We voerden simulaties uit van botsingen tussen zwarte gaten met behulp van supercomputers en vergeleken vervolgens de snel veranderende vorm van het overgebleven zwarte gat met de zwaartekrachtsgolven die het uitzendt. We ontdekten dat deze signalen veel rijker en complexer zijn dan algemeen wordt aangenomen, waardoor we meer te weten kunnen komen over de enorm veranderende vorm van het uiteindelijke zwarte gat."

De zwaartekrachtsgolven van botsende zwarte gaten zijn eenvoudige signalen die bekend staan ​​als 'chirps'. Terwijl de twee zwarte gaten elkaar naderen, ze zenden een signaal uit met toenemende frequentie en amplitude dat de snelheid en straal van de baan aangeeft. Prof. Calderón Bustillo zegt, "De toonhoogte en amplitude van het signaal nemen toe naarmate de twee zwarte gaten sneller en sneller naderen. Na de botsing, het laatste overgebleven zwarte gat zendt een signaal uit met een constante toonhoogte en afnemende amplitude, zoals het geluid van een bel die wordt geslagen." Dit principe is consistent met alle zwaartekrachtsgolfwaarnemingen tot nu toe bij het bestuderen van de botsing vanaf de top.

Echter, de studie wees uit dat er iets heel anders gebeurt als de botsing wordt waargenomen vanaf de "evenaar" van het laatste zwarte gat. "Toen we zwarte gaten vanaf hun evenaar observeerden, we ontdekten dat het laatste zwarte gat een complexer signaal afgeeft, met een toonhoogte die een paar keer op en neer gaat voordat hij sterft, " zegt Prof. Calderón Bustillo. "Met andere woorden, het zwarte gat tjilpt eigenlijk meerdere keren."

Het team ontdekte dat dit te maken heeft met de vorm van het uiteindelijke zwarte gat, die werkt als een soort zwaartekrachtgolf-vuurtoren:"Als de twee oorspronkelijke zwarte gaten van de moeder een verschillende grootte hebben, het uiteindelijke zwarte gat lijkt in eerste instantie op een kastanje, met een knobbel aan de ene kant en een bredere, aan de andere kant soepeler, ", zegt Bustillo. "Het blijkt dat het zwarte gat intensere zwaartekrachtsgolven uitzendt door zijn meest gebogen gebieden, welke zijn die rond zijn cusp. Dit komt omdat het overgebleven zwarte gat ook ronddraait en zijn cusp en achterkant herhaaldelijk naar alle waarnemers wijzen, produceren van meerdere chirps."

Co-auteur Prof. Pablo Laguna, voormalig voorzitter van de School of Physics aan Georgia Tech en nu professor aan de Universiteit van Texas in Austin, zei, "Hoewel er al lang vermoed wordt dat er een verband bestaat tussen de zwaartekrachtsgolven en het gedrag van het uiteindelijke zwarte gat, onze studie levert het eerste expliciete voorbeeld van dit soort relaties."