当两个黑洞合并时，它们会产生引力波，引力波是时空波动，可以被地球上的探测器捕获。 引力波的信号可分为三个阶段：早期螺旋阶段、中期合并阶段和晚期衰减阶段。
在衰变阶段，合并后的黑洞会向外辐射一些多余的能量，使其最终达到稳定状态。 这个过程就像一个铃铛响起，它发出一系列的声音，逐渐减弱，直到消失。 这些声音是黑洞的准振荡光谱，或黑洞的准正常模式。
根据黑洞定理，黑洞的性质只取决于它的质量和角动量，而不取决于它的形状或其他因素。 这意味着黑洞的准正态光谱也仅由其质量和角动量决定，而不是由其初始状态或合并过程决定。 这是广义相对论的一个基本预言，如果我们能观察到多个准正态模式，我们就可以检验这个预言是否正确。
每个准法向模式都有特定的频率和衰减时间，可以从黑洞的质量和角动量中计算出来。 不同的准正态模态也具有不同的角度分布，可以用球谐函数来描述。 例如，模数=m=2是主模，对应于偶极矩在黑洞自旋方向上的振荡。 模数=m=3是次大调模态，对应于三极矩沿黑洞自旋方向的振荡。 一般来说，图案越大，衰减得越快。
如果我们能观测到不止一种黑洞振荡模式，我们就可以用它们来检验广义相对论的预测，探索黑洞的性质。 然而，这并不容易，因为我们需要有足够强的引力波信号，以及足够灵敏的探测器，以便能够区分不同的模式。
目前，我们已经有一些先进的引力波探测器，如Ligo和Virgo，可以探测来自遥远星系的黑洞合并事件。 最值得注意的事件之一是GW190521，它发生在2024年5月21日，是由两个质量分别为85和66太阳质量的黑洞合并产生的。 这是已知最大的黑洞合并事件，导致形成一个质量为142个太阳质量的黑洞，同时以引力波的形式向外辐射能量，质量是太阳质量的8倍。
这一事件的引力波信号非常强烈，持续时间很短，只有几个周期。 这意味着它主要包含合并后黑洞振荡光谱的信息，而不是合并前的旋转和邻近程度。 因此，这是尝试观察多模黑洞振荡光谱以及检验黑洞定理的好机会。 为了做到这一点，我们需要使用一些数学和物理工具来分析引力波信号的数据，并比较不同假设或模型的可能性。
在最新的研究中，科学家们分析了GW190521的引力波数据，并比较了两个假设：一个是只有一种模式的振荡谱，另一个是两种模式的振荡谱。 他们发现后者比前者更有可能，贝叶斯因子为56 1。 这是支持多模黑洞振荡光谱存在的有力证据。 他们进一步估计了两种模式的频率和衰变时间，以及最终黑洞的质量和自旋。 他们发现，黑洞最终符合黑洞定理。
这项研究的意义在于，它是首次观测到黑洞的多模式准正态光谱，是对广义相对论的重要检验，也是对黑洞物理的一次深入探索。 这些结果不仅提高了我们对黑洞的认识，也为未来的引力波探测提供了新的机遇和挑战。