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科学家找到了一种听到黑洞微弱“铃声”的新方法
一种新方法绘制了黑洞合并产生的微妙引力波振动，有可能实现更精确的广义相对论测试。当两个黑洞碰撞时，合并的暴力并不会立即结束。新形成的更大的黑洞在稳定成稳定的形状时继续“鸣响”，研究人员 [...]
来源:SciTech日报一种新方法绘制了黑洞合并产生的微妙引力波振动，有可能实现更精确的广义相对论测试。
当两个黑洞碰撞时，合并的暴力并不会立即结束。新形成的较大黑洞在稳定形状时继续“鸣响”，研究人员开发了一种新方法来更详细地分析这些振动。
与铃声或吉他弦不同，黑洞不会产生声音。相反，它发出引力波，这是阿尔伯特·爱因斯坦首先预言的时空涟漪。
这些振动的频率取决于最终黑洞的质量和自旋，使科学家能够提取有关合并产生的物体的信息。
这些振动被称为准正常模式，就像黑洞的指纹一样。测量它们提供了在宇宙中一些最极端的引力条件下测试爱因斯坦广义相对论的重要方法。
一种分离黑洞音符的新方法
剑桥大学的研究人员现已开发出一种技术，可以更准确地识别和分类这些模式。在《物理评论快报》上发表的一项研究中，他们分析了黑洞合并的计算机模拟，不仅检测到了振铃过程中产生的基本“音符”，还检测到了“泛音”，即消失得更快的较弱谐波。
“虽然在引力波数据中经常观察到最响亮的模式，但许多较安静的模式更难以检测，并且关于哪些模式存在以及它们何时出现一直存在争议，”该研究的第一作者、剑桥天文研究所的理查德·戴尔(Richard Dyer)说。 “我们的方法提供了一种系统的、数据驱动的方法来解决这种不确定性，我们的结果为理论研究和实际观察提供了参考。”
该技术依赖于贝叶斯分析，这是一种统计方法，通过权衡竞争证据来确定对于特定数据集最可能的解释。
更微弱的振动揭示更复杂的行为
除了基本的“音符”和“泛音”之外，研究人员还在模拟中发现了不寻常的“非线性模式”。当两个或多个基频相互作用时，就会产生这些振动，产生更复杂的信号，类似于严重失真的电吉他所产生的音调。找到它们需要高质量的数据和仔细的分析，因为较弱的信号必须与噪声分开。
“振铃是我们对黑洞最直接的探测之一，”戴尔说。 “但是提取其中包含的所有信息很困难。我们需要一种有原则的、数据驱动的方法来做到这一点。”
更好的模式图可以增强相对论测试
戴尔和合著者克里斯托弗·摩尔博士使用公开的高精度模拟目录测试了该方法，这些模拟跟踪引力波到可以清晰测量信号的理论边界。在涉及各种质量比和自旋构型的模拟合并中，他们记录了可以检测到哪些模式以及这些信号何时出现。
研究人员表示，这些结果可以帮助解释当前引力波探测器（例如 LIGO 和 Virgo）以及下一代仪器的观测结果。了解哪些频率可能出现在特定的合并中可以使广义相对论进行更精确的测试，包括检查最终的黑洞是否具有爱因斯坦方程预测的特性。
参考文献：Richard Dyer 和 Christopher J. Moore 的“二元黑洞振铃的拟正态模式内容”，2026 年 5 月 13 日，物理评论快报。
DOI：10.1103/ptmd-rz1t
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