Черные дыры являются одними из самых захватывающих объектов во вселенной, но они остаются неуловимыми, потому что они невероятно плотные, а их гравитация настолько сильна, что даже свет не может ускользнуть от их хватки. Чтобы обнаружить черные дыры, скрывающиеся в космосе, исследователи обратились к новой области исследований, известной как астрономия гравитационных волн.
Гравитационные волны - это искажения или пульсации в ткани пространства и времени, вызванные движением массивных объектов. В 2015 году астрономы впервые обнаружили движение гравитационных волн с помощью телескопов наземной лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) в Луизиане и Вашингтоне. В этом случае, рябь была вызвана сильным столкновением двух массивных, совместно вращающихся черных дыр, известных как двойная черная дыра.
Используя LIGO и другие технологии наблюдения, новое исследование направлено на то, чтобы нарисовать более полную картину черных дыр - особенно тех, которые относятся к более неясной категории, известной как черные дыры средней массы (IMBH).
«Когда я присоединился к LIGO, я понял, что мои годы общей релятивистской симуляции черных дыр могут быть использованы для разработки новой астрофизической охоты на ММГ, - сказал Space Caran Каран Яни, астрофизик из Университета Вандербильта и ведущий автор исследования. ком
IMBH находятся где-то между сверхмассивной массой - по крайней мере, в миллион раз больше нашего Солнца - и черными дырами звездной массы - меньшей, но все же в пять-50 раз большей, чем масса нашего Солнца.
«IMBH являются особенными в первое десятилетие астрономии гравитационных волн. Среди всех известных астрофизических источников, которые излучают гравитационные волны, мы сообщаем, что LIGO и LISA [лазерная интерферометрическая космическая антенна] наиболее чувствительны к слияниям IMBH», - сказал Джани. «С помощью этих двух экспериментов мы можем практически исследовать все двоичные файлы IMBH во вселенной».
Тем не менее, добавил Джани, астрономы пока не могут напрямую обнаружить эти неуловимые черные дыры среднего размера. Таким образом, его подход заключается в изучении различных частот гравитационных волн, испускаемых черными дырами, чтобы лучше понять деятельность IMBH.
«Подобно тому, как симфонический оркестр издает звук на множестве частот, гравитационные волны, испускаемые черными дырами, возникают с разной частотой и временем», - сказал Джани в заявлении Университета Вандербильта. «Некоторые из этих частот имеют чрезвычайно широкую полосу частот, в то время как некоторые имеют низкую полосу пропускания, и наша цель в следующую эру астрономии гравитационных волн состоит в том, чтобы захватить многоканальные наблюдения обеих этих частот, чтобы« услышать всю песню », как это было, когда дело доходит до черных дыр ".
Считается, что IMBH - это семена, из которых растут сверхмассивные черные дыры. Например, черные дыры могут расти, поглощая другие черные дыры. В области падающей материи, окружающей черную дыру, также известной как аккреционный диск, сильные гравитационные силы притягивают соседний газ, звезды, пыль и даже другие черные дыры. Любой материал, который попадает слишком близко, рискует оказаться за горизонтом событий - точкой, за которой он не может избежать гравитационного притяжения черной дыры.
«Как только IMBH поймает в ловушку еще одну черную дыру в ее окрестностях, возникнет поток гравитационного излучения», - сказал Джани Space.com. «LIGO может уловить это излучение в случае столкновения этих черных дыр».
Предлагаемая миссия LISA - совместно возглавляемая Европейским космическим агентством и НАСА - сможет обнаруживать и точно измерять низкочастотные гравитационные волны, что является сложным для наземных детекторов из-за сейсмического движения нашей планеты или даже вибрации от проходящего мимо машина. Планируемый к запуску в 2034 году, LISA станет первым специализированным космическим детектором гравитационных волн.
«В рамках миссии LISA наше исследование показало, что излучение от IMBH может быть зарегистрировано как минимум за несколько лет до их рокового столкновения», - сказал Джани. «Это излучение буквально деформируется в пространстве-времени прямо за горизонтом событий IMBH. В отличие от радио- или рентгеновского сигнала, гравитационное излучение не теряет информацию, поскольку оно проходит миллиарды световых лет, прежде чем достигнет нас».
Поэтому, комбинируя наблюдения от детекторов LIGO, которые захватывают высокочастотные гравитационные волны, и будущих детекторов, таких как миссия LISA, которая будет измерять низкочастотные гравитационные волны, исследователи надеются заполнить пробелы в современном понимании черных дыр.
Их исследование было опубликовано 18 ноября в журнале Nature Astronomy.
- Изображения: Черные дыры Вселенной
- Столкновение черных дыр может петь разные гравитационные песни
- Совершите симфоническое путешествие в черную дыру с «Метакосмосом»
