En videnskabsmand fra Tokyo Metropolitan University har løst det mangeårige problem med en “dissonance” i gravitationsbølger, der er udsendt af et sort hul.
Ved hjælp af høj præcisions computing og en ny teoretisk fysikramme blev det opdaget, at det var forårsaget af en resonans mellem et par karakteristiske “tilstande”, dvs. forskellige måder, hvorpå et sort hul kan “ringe.” Fænomenet tilbyder ny indsigt i det begynnende felt af sort hulspektroskopi.
Forskningen offentliggøres i tidsskriftet Fysiske gennemgangsbreve.
Sorte huller er astrofysiske genstande, så tæt, at selv lys ikke kan undslippe deres tyngdekraft. På trods af deres fantastiske tilstedeværelse i kosmos er det imidlertid kun i det sidste årti, at vi er begyndt at kæmpe med, hvordan de opfører sig.
Dette er takket være fremkomsten af gravitationsbølge-astronomi, hvor global detektionsindsats ledet af LIGO (laser interferometri gravitationsbølgeobservatorium) -virgo-kagra (Kamioka gravitationsbølgedetektor) -samarbejde har gjort det muligt at opdage forstyrrelserne skabt af sorte huller i stoffet i rummet.
Teoretiske fysikere står nu over for den herculean opgave at forsøge at forstå gravitationsbølgerne, der er afgivet af sorte huller, der arbejder fra teoretiske modeller.
En af disse bestræbelser var en beregning, der blev foretaget i 1997 af en kandidatstuderende, Hisashi Onozawa fra Tokyo Institute of Technology (nu Institute of Science Tokyo), der opdagede en nysgerrig uregelmæssighed i, hvordan disse bølger skulle se ud. Ligesom lyd, der udsendes af en ringeklokke, forventes gravitationsbølger at være sammensat af en kombination af “tilstande” eller forskellige lyde, der udsendes gennem de forskellige måder, hvorpå det sorte hul “vibrerer.”
Disse tilstande forventedes at variere glat og forudsigeligt. Beregningerne viste imidlertid en forvirrende “dissonance”, hvor en bestemt tilstand opførte sig helt anderledes end de andre. Mennesker havde på det tidspunkt mistanke om en beregningsfejl eller en artefakt, men selv med fremkomsten af bedre computere forblev resultatet et uopløst mysterium.
Nu, efter 30 år, har lektor Hayato Motohashi fra Tokyo Metropolitan University, tidligere tilknyttet Kogakuin University, løst dette problem ved hjælp af præcisionsberegninger og det begynnende teoretiske felt af ikke-Hermitisk fysik.
Når han ser nøje på opførelsen af tilstande, fandt han, at dissonansen ikke var isoleret til en tilstand, men var et resultat af to tilstande, der interagerede med hinanden på en resonans måde. Ved at undersøge mange tilstande viser det sig faktisk, at denne form for interaktion mellem tilstande ikke er en sjælden hændelse, men en, der dukker universelt i en række tilstande.
Gennem en række teoretiske analyser viste det sig, at denne resonans mellem tilstande i sorte huller var et eksempel på en hel række fysiske fænomener i ikke kun astrofysik, men også optisk fysik og ser på elektromagnetiske bølger i stedet for tyngdekraft.
Den tværfaglige anvendelse af en ny teoretisk tilgang indsender fødslen af det nye felt af ikke-hermitisk gravitationsfysik, der låser det sande potentiale i global skala-eksperimenter som Ligo-Virgo-Kagra-samarbejdet, der kommer online.