Kad se crna rupa poremeti, njezino gravitacijsko polje počinje oscilirati i postupno se smiruje. Fizičari su u novom teorijskom radu pronašli dva različita poremećaja koji u određenom modelu daju isti niz frekvencija. Podudarnost nestaje kad se u jednadžbe uključi Gauss–Bonnetov član.
Takve prigušene oscilacije opisuju kvazinormalni modovi: svaki je određen karakterističnom frekvencijom i brzinom kojom signal slabi. Njihova svojstva ovise o obilježjima crne rupe, ali i o teoriji gravitacije. Zato bi se frekvencije izračunane za različite modele mogle uspoređivati s podacima iz promatranja gravitacijskih valova.
Dva različita poremećaja, isti rezultat
Fizičari Davide Batic i Denys Dutykh proučavali su idealiziranu Schwarzschildovu crnu rupu u modelu s više prostornih dimenzija. Usporedili su sferno simetričan poremećaj skalarnog polja s dipolnim poremećajem vektorskog polja. Riječ je o dvjema različitim vrstama oscilacija polja oko crne rupe.
Bez Gauss–Bonnetove korekcije oba poremećaja daju jednak niz kvazinormalnih frekvencija, uključujući i više tonove. Autori su matematički pokazali da se podudarnost može objasniti simetrijom jednadžbi. Kad u proračun uključe Gauss–Bonnetov član, simetrija se narušava i spektri se razdvajaju. U modelu s više dimenzija taj član mijenja Einsteinove jednadžbe gravitacije.
Rad obuhvaća i skalarne, vektorske i tenzorske poremećaje, pa je podudarnost dvaju nizova samo jedan dio šire analize. Frekvencije su izračunane spektralnom numeričkom metodom, koja rješenja jednadžbi traži na nizu odabranih točaka.
Što se može iščitati iz gravitacijskih valova?
Nakon spajanja crnih rupa, novonastala crna rupa oscilira i odašilje gravitacijske valove dok se ne smiri. Frekvencije tih oscilacija mogu se usporediti s teorijskim predviđanjima i tako provjeriti koliko dobro pojedini model opisuje crnu rupu.
Ovaj je rezultat ipak dobiven proračunom idealiziranih crnih rupa u višedimenzijskom modelu, a ne novom teleskopskom opservacijom. Rad ne potvrđuje postojanje dodatnih dimenzija prostor-vremena niti tvrdi da je takva podudarnost već opažena kod stvarnih crnih rupa. Objavljen je u časopisu Physical Review D.
