В недавнем исследовании, проведённом учёными Принстонского университета, было осуществлено первое нелинейное изучение слияния имитаторов черных дыр. Это исследование направлено на лучшее понимание природы сигналов гравитационных волн, излучаемых этими загадочными объектами. Данное открытие может существенно улучшить идентификацию черных дыр и укоренившихся в их окружении экзотических объектов.
Имитаторы черных дыр — это гипотетические астрономические тела, которые проявляют черты черных дыр, особенно в своих гравитационно-волновых сигналах и воздействии на окружающие объекты. Однако им недостаёт характерного горизонта событий.
В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, акцент сделан на особом типе имитаторов черных дыр, известных как бозонные звёзды. Ключевое различие между ними и настоящими черными дырами заключается в гравитационных волнах, которые возникают при их столкновении и слиянии.
Бозонные звёзды состоят из скалярных бозонов, таких как гипотетические аксионы, которые обладают нулевым спином, что означает отсутствие собственного углового момента. Скалярные поля этих частиц создают стабильные и гравитационно связанные конфигурации, не требующие сильного взаимодействия.
Предыдущие исследования продемонстрировали, что слияние двух бозонных звёзд приводит к возникновению гравитационно-волновых сигналов, которые представляют собой рябь в пространственно-временном континууме, вызванную динамичными процессами. Однако эти сигналы неотличимы от сигналов, создаваемых коллапсом черной дыры или фазой, идущей сразу после слияния, вне зависимости от внутренней структуры имитатора черной дыры.
Различия в излучаемых гравитационных волнах становятся заметны после непродолжительного времени, необходимого свету для прохождения диаметра объекта. В случае имитатора черной дыры это время связано с повторяющимися всплесками, известными как «гравитационное эхо»
Данное исследование показало, что гравитационно-волновой сигнал кольцевого спада имеет всплескоподобный компонент с характеристиками, отличающимися от тех, что считались ранее, а также долговечный гравитационно-волновой компонент. Ни один из этих компонентов не наблюдается в обычных случаях слияния и коллапса двойной черной дыры.
Открытие может послужить основой для будущих исследований гравитационных волн, нацеленных на проверку существующих представлений о поведении черных дыр. Кроме того, результаты также показали, что временной интервал между всплесками зависит от размера меньшей бозонной звезды, участвующей в слиянии.