Вчені відкрили новий спосіб виявлення прихованих надмасивних чорних дір

Вчені глибоко занурюються в походження надмасивних чорних дір, використовуючи нещодавні виявлення гравітаційних хвиль як ключовий інструмент. Використовуючи сигнали від менших чорних дір, дослідники сподіваються виявити хвилі, які важче вловити від надмасивних пар, потенційно розкривши секрети їхнього формування та зростання.

Розкриття таємниці надмасивних чорних дір

Походження надмасивних чорних дір у центрах галактик залишається однією з найбільших загадок астрономії. Ці колосальні сутності могли народитися масивними в ранньому Всесвіті або виросли з часом, поглинаючи матерію та зливаючись з іншими чорними дірами. Коли надмасивна чорна діра знаходиться на межі злиття з іншою масивною чорною дірою, вона генерує гравітаційні хвилі — брижі в просторі-часі, які подорожують космосом.

Незважаючи на те, що гравітаційні хвилі були нещодавно виявлені, ці сигнали поки що надходять лише від маленьких чорних дір, залишків зруйнованих зірок. Виявлення хвиль від більших пар чорних дір залишається недосяжним для сучасних технологій, оскільки вони випромінюють на надзвичайно низьких частотах, які не можуть виявити сучасні прилади. Очікується, що майбутні досягнення, такі як космічна місія LISA під керівництвом ESA, покращать чутливість до цих низькочастотних хвиль. Однак, навіть з таким прогресом, ідентифікація сигналів від наймасивніших пар чорних дір продовжуватиме створювати серйозні проблеми.

Новий підхід до декодування прихованих сигналів

«Наша ідея по суті працює як прослуховування радіоканалу. Ми пропонуємо використовувати сигнал від пар маленьких чорних дір подібно до того, як передають сигнал радіохвилі. Надмасивні чорні діри — це музика, яка закодована в частотній модуляції (FM) виявленого сигналу». сказав Якоб Стегманн, провідний автор дослідження та докторський науковий співробітник MPA. «Новий аспект цієї ідеї полягає у використанні високих частот, які легко виявити, для дослідження нижчих частот, до яких ми ще не чутливі».

Піонерські методи для майбутніх відкриттів

Останні результати вимірювання часу пульсарів вже підтверджують існування надмасивних подвійних систем чорної діри, що зливаються. Однак ці докази є непрямими і походять від колективного сигналу багатьох віддалених подвійних файлів, які фактично створюють фоновий шум.

Запропонований метод виявлення окремих подвійних надмасивних чорних дір використовує тонкі зміни, які вони викликають у гравітаційних хвилях, випромінюваних парою сусідніх невеликих чорних дір зіркової маси. Подвійний файл маленької чорної діри ефективно працює як маяк, який розкриває існування більших чорних дір. Виявивши крихітні модуляції в сигналах від малих подвійних чорних дір, вчені могли ідентифікувати раніше приховані подвійні надмасивні чорні діри з масами в діапазоні від 10 до 100 мільйонів разів більших за наше Сонце, навіть на величезних відстанях.

Наслідки для детекторів наступного покоління

Лусіо Майєр, який є співавтором дослідження та теоретиком чорних дір з Цюріхського університету, додав: «Оскільки шлях до космічної антени лазерного інтерферометра (LISA) уже визначений, після прийняття ЄКА минулого січня спільнота необхідно оцінити найкращу стратегію для наступного покоління гравітаційних детекторів, перш за все, на якому частотному діапазоні зосередитися – такі дослідження створюють сильну мотивацію віддати пріоритет детектора з частотою деци-Гц. дизайн».

«Ця стаття представляє дуже круту та розумну ідею, яка все ще залишається науковою фантастикою, доки ми не матимемо детектор деци-Гц», — каже Сельма Е. де Мінк, директор MPA, яка не бере участі в цій роботі, «але нам справді потрібна творчість і такі нестандартні ідеї, як ця, якщо ми хочемо отримати шанс розгадати найбільші таємниці Всесвіту».