חורים שחורים מגלמים את התהום האולטימטיבית. הם המקורות החזקים ביותר של כבידה ביקום, המסוגלים לעוות באופן דרמטי את המרחב והזמן סביבם. כשהם מופרעים, הם מתחילים "לצלצל" בתבנית מיוחדת הידועה כמודים קוואזי-נורמליים - אדוות במרחב-זמן שמייצרות גלי כבידה הניתנים לזיהוי. כך לפי מחקר חדש שפורסם לאחרונה ביפן.
באירועים כמו התמזגות חורים שחורים, הגלים האלה יכולים להיות חזקים מספיק כדי לזהות אותם מכדור הארץ, ומציעים הזדמנות ייחודית למדוד את המסה והצורה של חור שחור. עם זאת, חישוב מדויק של הרטטים באמצעות שיטות תיאורטיות הוכח כאתגר מרכזי, במיוחד עבור רטטים שנחלשים במהירות.
פריצת דרך יפנית
המצב הזה העניק השראה לצוות חוקרים באוניברסיטת קיוטו שביפן לנסות שיטה חדשה לחישוב רטט החורים השחורים. המדענים יישמו טכניקה מתמטית הנקראת ניתוח Wentzel-Kramers-Brillouin מדויק, או WKB בקיצור, כדי לעקוב אחר התנהגות הגלים שמגיעים מחור שחור אל החלל הרחוק.
למרות שהשיטה הזו נחקרת זמן רב במתמטיקה, היישום שלה בפיזיקה - במיוחד בתחום החורים השחורים - הוא עדיין תחום מתפתח חדש.
"היסודות של שיטת WKB המדויקת פותחו ברובם על ידי מתמטיקאים יפנים. כחוקר מיפן, תמיד מצאתי את התחום הזה מוכר מבחינה אינטלקטואלית ותרבותית", אומר המחבר של המאמר, טאיגה מיאצ'י.
השיטה הזו אפשרה לצוות המחקר לעקוב אחר תבניות גלים בפירוט רב, אפילו באזורים שקשה לנתח עם שיטות קיימות. הגישה שלהם כללה בחינת המרחב ליד החור השחור על ידי הרחבתו לתחום המספרים המורכבים, וחשפה מבנה עשיר של הגיאומטריה של החור השחור.
זה כלל תופעה מתמטית הנקראת "עקומות סטוקס", המסמנות איפה הטבע של גל משתנה פתאום. בעוד מחקרים קודמים התעלמו לעתים קרובות מעקומות הסטוקס המסתלסלות לאין סוף וכן מהנתיבים המסתעפים מחורים שחורים, צוות המחקר שילב את התכונות המורכבות האלה בניתוח שלו.
הממצאים חשפו כי הצוות הצליח לפתח שיטה שתופסת באופן שיטתי ומדויק את מבנה התדירות של רטטים הנחלשים במהירות. זה מדגים את הכוח של שיטת WKB ככלי מעשי לגישור בין תחזיות תיאורטיות לנתוני תצפית.
"הופתענו מכמה מורכב ויפה התברר המבנה הבסיסי של הרטטים האלה. מצאנו תבניות סתלסלות בניתוח המתמטי שהוחמצו קודם, ואלה התבררו כמפתח להבנת התמונה המלאה של המודים הקוואזי-נורמליים", אומר מיאצ'י.
המחקר הזה מאפשר לנתח את "הצלצול" של חורים שחורים במגוון רחב של מודלים תיאורטיים. בסופו של דבר, זה עשוי לעזור לשפר את הדיוק של תצפיות גלי כבידה עתידיות ולהוביל להבנה עמוקה יותר של הטבע האמיתי של היקום שלנו.
במבט קדימה, צוות המחקר מתכנן להרחיב את הגישה שלהם לחורים שחורים ולחקור את היישום של ניתוח WKB מדויק במחקרים הקשורים להשפעות כבידה קוונטית.
טעינו? נתקן! אם מצאתם טעות בכתבה, נשמח שתשתפו אותנו