Czarne dziury od dawna budzą fascynację naukowców, a ich badania ujawniają coraz bardziej złożone zjawiska. Jednym z nich są drgania powstające, gdy czarna dziura zostaje zaburzona – na przykład po zderzeniu z inną. Te oscylacje, zwane trybami quasi-normalnymi (QNMs), przypominają dźwięk dzwonu wracającego do równowagi po uderzeniu. QNMs zawierają kluczowe informacje o masie, kształcie i rotacji czarnej dziury, a ich analiza jest możliwa m.in. dzięki obserwacjom fal grawitacyjnych docierających na Ziemię. Część rzeczywista tych drgań określa częstotliwość, a część urojona – tempo zanikania sygnału.
Najnowsze badania zespołu z Uniwersytetu w Kioto, opublikowane w Physical Review D, wprowadzają nową metodę analizy QNMs, wykorzystując tzw. dokładną metodę WKB (Wentzel–Kramers–Brillouin). Po raz pierwszy zastosowano ją do badania perturbacji czarnych dziur, co pozwoliło uchwycić szczegóły wcześniej niedostrzegalne. Kluczowym elementem stało się uwzględnienie krzywych Stokesa – linii w przestrzeni matematycznej, które wyznaczają nagłe zmiany w przebiegu fal. Okazało się, że tworzą one spiralne wzory rozchodzące się od czarnej dziury, co pozwoliło lepiej zrozumieć strukturę drgań.
Zespół odkrył, że śledzenie tych krzywych ujawnia pełny obraz wibracji, nawet w miejscach, gdzie inne metody zawodziły. To otwiera nowe perspektywy w astrofizyce fal grawitacyjnych, umożliwiając precyzyjniejsze badania sygnałów z czarnych dziur – zwłaszcza podczas ich łączenia się. Dzięki temu można dokładniej określić ich właściwości i sprawdzić, czy rzeczywiście zachowują się tak, jak przewiduje teoria względności Einsteina.
Choć matematyka stojąca za tymi obliczeniami jest skomplikowana, jej znaczenie jest ogromne. Jak pisał Galileusz, wszechświat zapisany jest językiem matematyki. Teraz, dzięki nowej metodzie, naukowcy mogą „czytać” drgania czarnych dziur i odkrywać kolejne tajemnice jednych z najbardziej niezwykłych obiektów we Wszechświecie.
Źródło: Universe Today
