Ученые Кембриджского университета предложили новый способ изучения гравитационных волн, возникающих при слиянии черных дыр. После столкновения образовавшаяся черная дыра не сразу становится стабильной, а продолжает колебаться. Эти колебания позволяют получить сведения о массе и вращении объекта.
Черные дыры не издают звуков, однако при их слиянии возникают гравитационные волны — колебания пространства-времени, предсказанные Альбертом Эйнштейном. Частоты таких сигналов зависят от характеристик итоговой черной дыры. Их измерение дает возможность проверить общую теорию относительности в условиях крайне сильной гравитации.
Исследователи проанализировали компьютерные модели слияний и научились точнее выделять отдельные режимы затухающих колебаний. Помимо основного сигнала они обнаружили более слабые гармоники, которые исчезают быстрее. Для обработки данных применили байесовский анализ, позволяющий сопоставлять разные объяснения наблюдаемых сигналов.
Также в моделях выявили необычные нелинейные режимы. Они появляются при взаимодействии двух или нескольких основных частот и формируют более сложные гравитационные сигналы. Для их обнаружения необходимы качественные данные, поскольку слабые колебания требуется отделить от шумов.
Метод проверили на открытом каталоге высокоточных симуляций, охватывающих слияния черных дыр с разными соотношениями масс и параметрами вращения. Авторы зафиксировали, какие режимы можно обнаружить и в какой момент они возникают. Результаты могут помочь при расшифровке данных детекторов LIGO и Virgo, а также будущих установок для регистрации гравитационных волн.
