Czarne dziury są jednymi z najbardziej fascynujących obiektów we wszechświecie, ale pozostają nieuchwytne, ponieważ są tak niewiarygodnie gęste, a ich grawitacja jest tak silna, że nawet światło nie może ich uchwycić. Aby odkryć czarne dziury kryjące się w kosmosie, naukowcy zwrócili się do rozwijającej się dziedziny badań znanej jako astronomia fal grawitacyjnych.
Fale grawitacyjne są zniekształceniami lub falami w strukturze przestrzeni i czasu wytwarzanymi przez ruch masywnych obiektów. W 2015 r. Astronomowie po raz pierwszy wykryli ruch fal grawitacyjnych za pomocą teleskopów ziemskiego laserowego interferometru Obserwatorium fal grawitacyjnych (LIGO) w Luizjanie i Waszyngtonie. W tym przypadku zmarszczki powstały w wyniku gwałtownego zderzenia dwóch masywnych, krążących wokół siebie czarnych dziur, znanych jako układ podwójny czarnej dziury.
Wykorzystując LIGO i inne technologie obserwacyjne, nowe badanie ma na celu namalowanie pełniejszego obrazu czarnych dziur - szczególnie tych należących do bardziej niejasnej kategorii znanych jako czarne dziury o średniej masie (IMBH).
„Gdy dołączyłem do LIGO, zdałem sobie sprawę, że moje lata ogólnej relatywistycznej symulacji czarnych dziur można wprowadzić, aby opracować nowe astrofizyczne polowanie na IMBHs” - powiedział Karan Jani, astrofizyk z Uniwersytetu Vanderbilt i główny autor badania. com
IMBH spadają gdzieś pomiędzy supermasywnymi - co najmniej milion razy większymi niż nasze Słońce - i czarnymi dziurami o masie gwiezdnej - mniejszymi, ale wciąż pięć do 50 razy większymi niż masa naszego Słońca.
„IMBH są wyjątkowe w początkowej dekadzie astronomii fal grawitacyjnych. Spośród każdego znanego źródła astrofizycznego, które emituje fale grawitacyjne, informujemy, że zarówno LIGO, jak i LISA [laserowa interferometryczna antena kosmiczna] są najbardziej wrażliwe na połączenia IMBH” - powiedział Jani. „Dzięki tym dwóm eksperymentom możemy praktycznie zbadać wszystkie pliki binarne IMBH we wszechświecie”.
Jani dodał jednak, że astronomowie nie byli jeszcze w stanie bezpośrednio wykryć tych nieuchwytnych, średnich rozmiarów czarnych dziur. Dlatego jego podejście polega na badaniu różnych częstotliwości fal grawitacyjnych emitowanych przez czarne dziury, aby lepiej zrozumieć aktywność IMBH.
„Podobnie jak orkiestra symfoniczna emituje dźwięk w szeregu częstotliwości, fale grawitacyjne emitowane przez czarne dziury występują przy różnych częstotliwościach i czasach” - powiedział Jani w oświadczeniu Uniwersytetu Vanderbilt. „Niektóre z tych częstotliwości są wyjątkowo szerokopasmowe, podczas gdy inne są niskopasmowe, a naszym celem w następnej erze astronomii fal grawitacyjnych jest uchwycenie obserwacji wielopasmowych obu tych częstotliwości w celu„ usłyszenia całej piosenki ”, ponieważ tak było, jeśli chodzi o czarne dziury ”.
Uważa się, że IMBH to nasiona, z których wyrastają supermasywne czarne dziury. Na przykład czarne dziury mogą rosnąć, pochłaniając inne czarne dziury. W obszarze nieomylnej materii otaczającej czarną dziurę, znanej również jako dysk akrecyjny, silne siły grawitacyjne przyciągają pobliski gaz, gwiazdy, pył, a nawet inne czarne dziury. Każdy materiał, który znajdzie się zbyt blisko, może zostać przeciągnięty poza horyzont zdarzeń - punkt, za którym nie może uciec grawitacyjnie przez czarną dziurę.
„Gdy tylko IMBH uwięzi kolejną czarną dziurę w jej pobliżu, nastąpi fala promieniowania grawitacyjnego”, powiedział Jani dla Space.com. „LIGO może wychwycić to promieniowanie w momencie zderzenia się czarnych dziur”.
Proponowana misja LISA - wspólnie prowadzona przez Europejską Agencję Kosmiczną i NASA - będzie w stanie wykryć i dokładnie zmierzyć fale grawitacyjne o niskiej częstotliwości, co stanowi wyzwanie dla detektorów ziemskich ze względu na ruch sejsmiczny naszej planety, a nawet wibracje z przelotu samochód. LISA, planowana do uruchomienia w 2034 r., Byłaby pierwszym dedykowanym kosmicznym detektorem fal grawitacyjnych.
„Dzięki misji LISA nasze badanie wykazało, że promieniowanie z IMBH można zarejestrować co najmniej kilka lat przed ich fatalną kolizją” - powiedział Jani. „Promieniowanie to jest dosłownie deformowane w czasoprzestrzeni poza horyzontem zdarzeń IMBH. W przeciwieństwie do sygnału radiowego lub rentgenowskiego promieniowanie grawitacyjne nie traci informacji, ponieważ podróżuje miliardy lat świetlnych przed dotarciem do nas”.
Dlatego łącząc obserwacje z detektorów LIGO, które wychwytują fale grawitacyjne o wysokiej częstotliwości, oraz przyszłych detektorów, takich jak misja LISA, która będzie mierzyć fale grawitacyjne o niskiej częstotliwości, naukowcy mają nadzieję wypełnić luki w obecnym rozumieniu czarnych dziur.
Ich badanie zostało opublikowane 18 listopada w czasopiśmie Nature Astronomy.
- Obrazy: Czarne dziury wszechświata
- Zderzające się czarne dziury mogą śpiewać różne pieśni grawitacyjne
- Wybierz się w podróż symfoniczną do czarnej dziury z „Metacosmos”
