Революція в астрофізиці: японський фізик розгадав 30-річну таємницю дивної поведінки чорних дір

Вчений із Токійського столичного університету вирішив давню загадку в астрофізиці — він пояснив, чому одна з частот гравітаційних хвиль, що випромінює чорна діра, поводилася не так, як очікувалося. Виявилося, що це результат резонансу між двома різними способами “звучання” чорної дірки, або так званими модами. Відкриття дає потужний імпульс розвитку нового напряму – спектроскопії чорних дірок.

Робота опублікована в журналі Physical Review Letters (PRL) .

Чорні дірки – це об’єкти з екстремальною щільністю, чия гравітація настільки сильна, що навіть світло не може залишити їх межі. Завдяки відкриттям у галузі гравітаційно-хвильової астрономії, зробленим у рамках міжнародного співробітництва LIGO-Virgo-KAGRA, людство вперше змогло спостерігати «вібрації» простору-часу, спричинені зіткненнями чорних дірок.

1997 року аспірант Хісасі Онозава виявив дивний «дисонанс» в одній із мод, що описують гравітаційні хвилі чорної діри. Тоді аномалія здавалася помилкою, але повторні розрахунки з використанням потужних комп’ютерів підтверджували її знову і знову. Загадка залишалася нерозгаданою майже три десятиліття.

Тепер доцент Хаято Мотохасі вирішив цю проблему за допомогою нової теоретичної фізики — області, яку називають неермітовою фізикою. Він показав, що незвичайна поведінка пов’язана не з окремою модою, а з взаємодією двох мод, що входять до резонансу. Більше того, такі резонанси виявляються універсальним явищем, характерним для багатьох мод гравітаційних хвиль.

Це відкриття має значення як астрофізики, але й оптики, де подібні явища спостерігаються в електромагнітних хвилях. Таким чином, народжується новий міждисциплінарний напрямок – неермітова гравітаційна фізика. Воно відкриває нові горизонти для аналізу даних, які отримують найбільші у світі обсерваторії, такі як LIGO, Virgo і KAGRA.