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当两个黑洞相撞并合并时，它们会释放出引力波。地球上的灵敏仪器能够探测到这些引力波，从而让科学家们确定黑洞的质量和自旋情况。图片版权：西蒙斯基金会玛吉蒋

一种新方法可绘制由合并黑洞产生的微妙引力波振动图，这有可能实现对广义相对论更精确的检验。

当两个黑洞相撞时，合并过程的剧烈程度并不会立即结束。新形成的更大黑洞在逐渐稳定成一个固定形状的过程中会持续振荡，研究人员已经开发出一种新方法，可以更细致地分析这些振动。

与铃铛或吉他弦不同，黑洞不会产生声音。相反，它会发出引力波——爱因斯坦首次预言的时空涟漪。

这些振动的频率取决于最终黑洞的质量和自旋，这使得科学家能够提取关于合并产生的天体的信息。

这些振动被称为准正则模，就像黑洞的指纹一样。对它们进行测量，为在宇宙中一些最极端的引力条件下检验爱因斯坦的广义相对论提供了一种重要方法。

一种新方法分离出黑洞的音符

剑桥大学天文研究所的理查德戴尔是该研究的第一作者，他表示：虽然引力波数据中经常能观测到最强模式，但许多较弱的模式更难探测，关于哪些模式存在以及它们何时出现的争论一直存在。我们的方法提供了一种系统的、数据驱动的方式来解决这种不确定性，我们的结果为理论研究和实际观测都提供了参考。

该技术依赖贝叶斯分析，这是一种通过权衡相互矛盾的证据来确定哪种解释对特定数据集最可能成立的统计方法。

更微弱的震动揭示出更复杂的行为

除了基本的音符和泛音之外，研究人员在模拟中发现了不寻常的非线性模式。当两个或更多基本频率相互作用时，就会产生这些振动，从而产生更复杂的信号，类似于用重度失真效果弹奏电吉他所产生的音调。发现这些信号需要高质量的数据和仔细的分析，因为较弱的信号必须从噪声中分离出来。

环降是我们拥有的最直接探测黑洞的手段之一，戴尔说。但提取它包含的所有信息很困难。我们想要一种有原则、数据驱动的方法来做到这一点。

更优的模式地图可以提高相对论测试的精度

戴尔和合著者克里斯托弗摩尔博士使用一个公开的高精度模拟目录对该方法进行了测试，这些模拟追踪引力波直至理论上可以清晰测量信号的边界。在涉及广泛质量比和自旋配置的模拟合并过程中，他们记录了哪些模式可以被探测到以及这些信号何时出现。

研究人员表示，这些结果有助于解读当前引力波探测器（如激光干涉引力波天文台（LIGO）和室女座引力波探测器（Virgo））以及下一代仪器的观测结果。了解特定合并中可能出现的频率，有助于更精确地检验广义相对论，包括验证最终形成的黑洞是否具有爱因斯坦方程所预测的特性。

参考文献10.1103ptmdrz1t

相关知识

黑洞是宇宙中引力极其强大的天体。它的引力大到连光都无法逃脱。当大质量恒星走到生命末期，发生坍缩便可能形成黑洞。在它周围有个事件视界，一旦物质越过，就万劫不复。科学家通过观测其对周围天体的影响来研究它。

BY: University of Cambridge

FY: AI

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