Sorte huller er blandt de mest fascinerende objekter i universet, men alligevel forbliver de undvigende, fordi de er så utroligt tæt, og deres tyngdekraft er så stærk, at ikke engang lys kan undslippe deres greb. For at afdække sorte huller, der gemmer sig hen over kosmos, har forskere henvendt sig til et voksende forskningsfelt kendt som gravitationsbølge-astronomi.
Tyngdekraftsbølger er forvrængninger eller krusninger i stoffets rum og tid produceret af bevægelse af massive genstande. I 2015 opdagede astronomer bevægelsen af gravitationsbølger for første gang ved hjælp af teleskoper fra det jordbaserede laserinterferometer gravitationsbølgebehov (LIGO) i Louisiana og Washington. I dette tilfælde blev krusningerne produceret ved en voldelig kollision af to massive, co-omløbende sorte huller kendt som et sort hul binært.
Ved hjælp af LIGO og andre observationsteknologier har en ny undersøgelse til formål at male et mere komplet billede af sorte huller - specifikt dem, der hører til den mere uklare kategori kendt som mellemliggende masse sorte huller (IMBH'er).
”Da jeg tiltrådte LIGO, indså jeg, at mine år med generel relativistisk simulering af sorte huller kan bringes ind for at udvikle en ny astrofysisk jagt på IMBHs,” fortalte Karan Jani, en astrofysiker fra Vanderbilt University og hovedforfatter af studien. com
IMBH'er falder et sted mellem supermassiv - mindst en million gange større end vores sol - og sorte huller i stjernemasse - mindre, men stadig fem til 50 gange større end vores solmasse.
"IMBH'er er meget specielle i det indledende årti med gravitationsbølge-astronomi. Blandt alle kendte astrofysiske kilder, der udsender gravitationsbølger, rapporterer vi, at både LIGO og LISA [Laser Interferometer Space Antenna] er mest følsomme over for fusioner af IMBHs," sagde Jani. "Med disse to eksperimenter kan vi praktisk talt undersøge alle IMBH-binære grupper i universet."
Imidlertid har astronomer endnu ikke været i stand til direkte at registrere disse undvigende, mellemstore sorte huller, tilføjede Jani. Hans tilgang er således at studere de forskellige frekvenser af tyngdekraftsbølger udsendt af sorte huller for at få en bedre forståelse af IMBH-aktiviteten.
”Ligesom et symfoniorkester udsender lyd på tværs af en række frekvenser, forekommer tyngdekraften fra sorte huller ved forskellige frekvenser og tidspunkter,” sagde Jani i en erklæring fra Vanderbilt University. "Nogle af disse frekvenser er ekstremt høj båndbredde, mens andre er lavbåndbredde, og vores mål i den næste æra af tyngdekraftsastronomi er at fange observationer i flere bånd af begge disse frekvenser for at 'høre hele sangen', som det var, når det kommer til sorte huller. "
Det antages, at IMBH er frøene, hvorfra supermassive sorte huller vokser. For eksempel kan sorte huller vokse ved at sorte andre sorte huller op. I det område af infalling stof, der omgiver et sort hul, også kendt som akkretionsskiven, trækker stærke tyngdekræfter i nærheden gas, stjerner, støv og endda andre sorte huller. Ethvert materiale, der kommer for tæt, risikerer at blive trukket forbi begivenhedshorisonten - det punkt, over hvilket det ikke kan undslippe det sorte huls gravitationstryk.
"Så snart en IMBH har fanget et andet sort hul i nærheden, vil der være en flurry af gravitationsstråling," fortalte Jani til Space.com. "LIGO kan fange denne stråling i det tilfælde, hvor disse sorte huller kolliderer."
Den foreslåede LISA-mission - sammen ledet af Det europæiske rumfartsagentur og NASA - vil være i stand til at registrere og nøjagtigt måle lavfrekvente gravitationsbølger, som er udfordrende for jordbaserede detektorer på grund af vores planets seismiske bevægelse eller endda vibrationer fra en forbipasserende bil. LISA, der var planlagt at blive lanceret i 2034, ville være den første dedikerede rumbaserede gravitationsbølgedetektor.
"Med LISA-missionen finder vores undersøgelse, at stråling fra IMBHs kan registreres mindst et par år før deres skæbnesvangre kollision," sagde Jani. "Denne stråling er bogstaveligt talt rumtiden, der deformeres lige uden for IMBH'ernes begivenhedshorisont. I modsætning til et radio- eller røntgensignal mister ikke gravitationsstrålingen information, da den rejser milliarder af lysår, før den når os."
Derfor kombinerer forskerne ved at kombinere observationer fra LIGO-detektorer, der fanger højfrekvente tyngdebølger, og fremtidige detektorer som LISA-missionen, som vil måle lavfrekvente tyngdebølger, at udfylde huller i den nuværende forståelse af sorte huller.
Deres undersøgelse blev offentliggjort 18. november i tidsskriftet Nature Astronomy.
- Billeder: Universets sorte huller
- Kolliderende sorte huller kan synge forskellige tyngdekraftsange
- Tag en symfonisk rejse ind i et sort hul med 'Metacosmos'
