Wykorzystanie małych czarnych dziur do wykrywania dużych czarnych dziur
Naukowcy proponują nowy pomysł na wykrywanie par największych czarnych dziur poprzez analizę fal grawitacyjnych emitowanych z pobliskich gwiazdowych czarnych dziur.
 |
| Symulacja dwóch zderzających się supermasywnych czarnych dziur emitujących fale grawitacyjne, które można wykryć za pomocą tej nowej metody. Źródło: NASA's Goddard Space Flight Center/Scott Noble; dane symulacyjne, d'Ascoli i inni 2018 |
Naukowiec z MPA proponuje nowy pomysł na wykrywanie par największych czarnych dziur, które zajmują centra galaktyk, poprzez analizę fal grawitacyjnych z pobliskich małych czarnych dziur, które są pozostałościami gwiazd. Podejście to, opublikowane w Nature Astronomy, które będzie wymagało detektora fal grawitacyjnych Deci-hertz umożliwiłoby badanie układów podwójnych supermasywnych czarnych dziur, które w przeciwnym razie mogłyby pozostać niedostępne.
Pochodzenie supermasywnych czarnych dziur znajdujących się w centrach galaktyk wciąż stanowi jedną z największych zagadek astronomii. Być może zawsze były one masywne i powstały, gdy Wszechświat był jeszcze bardzo młody. Alternatywnie, mogły one rosnąć w czasie poprzez akrecję materii i innych czarnych dziur. Kiedy supermasywna czarna dziura ma zamiar pochłonąć inną masywną czarną dziurę, emituje fale grawitacyjne, które są zmarszczkami w czasoprzestrzeni rozchodzącymi się we Wszechświecie.
Fale grawitacyjne zostały niedawno wykryte, ale tylko z małych czarnych dziur, które są pozostałością po gwiazdach. Wykrycie sygnałów poszczególnych par dużych czarnych dziur jest nadal niemożliwe, ponieważ obecne detektory nie są wrażliwe na bardzo niskie częstotliwości fal grawitacyjnych, które emitują. Planowane przyszłe detektory, takie jak kosmiczna misja LISA, mają temu zaradzić, ale wykrycie par najbardziej masywnych czarnych dziur nadal pozostanie ogromnym wyzwaniem.
Nasz pomysł działa w zasadzie jak słuchanie kanału radiowego. Proponujemy wykorzystanie sygnału z par małych czarnych dziur w podobny sposób, jak fale radiowe przenoszą sygnał. Supermasywne czarne dziury są muzyką zakodowaną w modulacji częstotliwości (FM) wykrytego sygnału – powiedział Jacob Stegmann, główny autor badania i doktorant w MPA. Nowatorskim aspektem tego pomysłu jest wykorzystanie wysokich częstotliwości, które są łatwe do wykrycia, do badania niższych częstotliwości, na które nie jesteśmy jeszcze wrażliwi.
Najnowsze wyniki badań pulsarów już teraz potwierdzają istnienie łączących się układów podwójnych supermasywnych czarnych dziur. Dowody te są jednak pośrednie i pochodzą ze zbiorczego sygnału wielu odległych układów podwójnych, które skutecznie tworzą szum tła.
Zaproponowana metoda wykrywania indywidualnych układów podwójnych supermasywnych czarnych dziur wykorzystuje subtelne zmiany, jakie wywołują one w falach grawitacyjnych emitowanych przez parę pobliskich czarnych dziur o masie gwiazdowej. Mała podwójna czarna dziura skutecznie działa jako sygnalizator ujawniający istnienie większych czarnych dziur. Wykrywając drobne modulacje w sygnałach z układów podwójnych gwiazdowych czarnych dziur, naukowcy mogliby zidentyfikować wcześniej ukryte układy podwójne supermasywnych czarnych dziur o masie od 10 milionów do 100 milionów razy większej niż masa naszego Słońca, nawet na dużych odległościach.
Lucio Mayer, który jest współautorem badań i teoretykiem czarnych dziur na Uniwersytecie w Zurychu, dodał: Ponieważ ścieżka dla LISA jest teraz ustalona po przyjęciu przez ESA w styczniu 2023 roku, społeczność musi ocenić najlepszą strategię dla następnej generacji detektorów grawitacyjnych, przede wszystkim w jakim zakresie częstotliwości należy się skupić – badania takie jak to stanowią silną motywację do priorytetowego traktowania projektu detektora Deci-hertz.
W tym artykule przedstawiono bardzo fajny i sprytny pomysł, który nadal będzie science fiction, dopóki nie powstanie detektor Deci-hertz – powiedziała Selma E. de Mink, dyrektor MPA, która nie jest zaangażowana w tę pracę, ale naprawdę potrzebujemy kreatywnych i nieszablonowych pomysłów, takich jak ten, jeżeli chcemy mieć szansę na rozwiązanie największych tajemnic we Wszechświecie.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
