Naukowcy opracowali nową metodę wykrywania supermasywnych czarnych dziur – par największych czarnych dziur we Wszechświecie, zlokalizowanych w samym centrum galaktyk.
Nowa technika będzie wymagać detektora fal grawitacyjnych decyhercowych i umożliwi astronomom badanie podwójnych układów supermasywnych czarnych dziur, które w przeciwnym razie mogłyby pozostać niedostępne.
Ich podejście opiera się na analizie fal grawitacyjnych – zmarszczek w czasoprzestrzeni – emitowanych przez małe, sąsiadujące czarne dziury, które same są pozostałościami gwiazd.
Zdaniem zespołu z Uniwersytetu w Cardiff, Instytutu Astrofizyki Maxa Plancka, Uniwersytetu w Zurychu, Instytutu Nielsa Bohra i Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego ujawnia to „lukę” w wykrywaniu par supermasywnych czarnych dziur krążących wokół siebie, tzw. układów podwójnych, których częstotliwość jest zbyt niska dla istniejących detektorów.
Ich technika wykorzystuje modulację sygnałów pochodzących z mniejszych czarnych dziur znajdujących się w tej samej galaktyce, co pozwala im pośrednio wykryć obecność swoich supermasywnych sąsiadów.
Metoda przedstawiona w Astronomia przyrody, Zdaniem zespołu, może pomóc w identyfikacji dotychczas ukrytych układów podwójnych czarnych dziur o masie od 10 do 100 milionów mas Słońca, nawet w ogromnych odległościach.
Główny autor, dr Jakob Stegmann, adiunkt badawczy w Instytucie Astrofizyki Maxa Plancka, powiedział: „Nasz pomysł działa zasadniczo jak słuchanie kanału radiowego. Sugerujemy wykorzystanie sygnału z par małych czarnych dziur w podobny sposób, w jaki fale radiowe przenoszą sygnał”.
Metoda ta wykorzystuje subtelne zmiany zachodzące w falach grawitacyjnych emitowanych przez parę pobliskich, małych czarnych dziur o masie gwiazdowej.
„Mały układ podwójny czarnych dziur działa jak latarnia morska ujawniająca istnienie większych czarnych dziur. Pomysł polega na wykorzystaniu wysokich częstotliwości, które są łatwe do wykrycia, do badania niższych częstotliwości, na które nie będą wrażliwe ani obecnie istniejące detektory fal grawitacyjnych, ani instrumenty planowane na przyszłość” — dodał dr Stegmann, który rozpoczął tę pracę podczas studiów doktoranckich na Uniwersytecie w Cardiff.
Pochodzenie supermasywnych czarnych dziur nadal stanowi jedną z największych zagadek astronomii.
Mogły być zawsze masywne i uformowane, gdy Wszechświat był jeszcze bardzo młody. Albo mogły rosnąć z czasem, gromadząc materię i inne czarne dziury w swoim śladzie.
Dr Fabio Antonini, jeden ze współautorów badania i starszy wykładowca w Szkole Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Cardiff, dodał: „Supermasywne czarne dziury są powiązane z galaktykami macierzystymi w fundamentalny sposób”.
Choć istnieją już pośrednie dowody na powstawanie fal grawitacyjnych w wyniku łączenia się supermasywnych czarnych dziur, to pochodzą one ze zbiorczego sygnału wielu odległych układów podwójnych, które w rzeczywistości tworzą szum tła.
Planowane na przyszłość detektory, takie jak misja Europejskiej Agencji Kosmicznej Laser Interferometer Space Antenna (LISA), w pewnym stopniu pomogą rozwiązać ten problem, ale wykrycie najmasywniejszych par czarnych dziur nadal będzie niezwykle trudne.
Współautor, profesor Lucio Mayer z Wydziału Astrofizyki Uniwersytetu w Zurychu, powiedział: „Ponieważ ścieżka dla LISA jest już ustalona, po przyjęciu jej przez ESA w styczniu ubiegłego roku, społeczność musi ocenić najlepszą strategię dla następnej generacji detektorów grawitacyjnych, przede wszystkim, na jakim zakresie częstotliwości się skupić”.
Artykuł zatytułowany „Ślady masywnych układów binarnych czarnych dziur na sąsiednich źródłach fal grawitacyjnych o częstotliwości decyhercowej” został opublikowany w Astronomia przyrodnicza.
Jest to przyjazna, otwarta szkoła, która kładzie duży nacisk na nauczanie na najwyższym poziomie oraz prowadzenie badań w dziedzinie fizyki i astronomii na światowym poziomie.
