Слушая «звон» черных дыр: как гравитационные волны проверяют теорию Эйнштейна

После столкновения и слияния черных дыр новообразованная черная дыра испускает характерные гравитационно-волновые колебания — квазинормальные моды. Измеряя их частоты, ученые определяют массу и скорость вращения объекта, а также проверяют общую теорию относительности. С 2015 года коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA зафиксировала сотни слияний и десятки «звонов» черных дыр. Пока все наблюдения согласуются с теорией Эйнштейна, но возможности текущих детекторов ограничены. Эту информацию сообщает сайт Phys.org.

Будущие обсерватории — европейский телескоп Эйнштейна, американский Cosmic Explorer и космическая миссия LISA — могут найти новые физические явления. В обзоре, опубликованном в журнале Classical and Quantum Gravity, астрофизики из Бирмингемского университета, Университета Джонса Хопкинса и Лиссабонского высшего технического института показывают, что спектроскопия черных дыр превращается из теории в экспериментальную науку.

Исследователи обнаружили в данных LIGO множественные обертоны (аналоги гармоник в музыке), взаимодействия мод, динамические возбуждения, точки слияния мод и «хвосты» излучения, усиленные слияниями в плотных астрофизических средах. Звон черных дыр может помочь проверить теории гравитации за пределами Эйнштейна, темную материю и квантовые эффекты вблизи горизонтов событий.

Обзор объединил более 70 экспертов из Великобритании, Европы, Северной и Южной Америки, Азии. Он основан на крупнейшем международном воркшопе, прошедшем в Копенгагене в 2024 году. Следующее поколение детекторов позволит регистрировать гораздо больше слияний и измерять множество мод, что даст возможность проверить теорию Эйнштейна с беспрецедентной точностью и искать новые частицы и силы.