A fekete lyukak az univerzum legérdekesebb tárgyai közé tartoznak, ám ezek még mindig megfoghatatlanok, mert annyira hihetetlenül sűrűek, és gravitációjuk olyan erős, hogy még a fény sem tud menekülni a fogásukból. A kozmoszban rejlő fekete lyukak feltárása érdekében a kutatók egy feltörekvő kutatási területre fordultak, amelyet gravitációs hullámcsillagászatnak hívnak.
A gravitációs hullámok torzulások vagy hullámok a tér és idő szövetében, amelyet a hatalmas tárgyak mozgása okoz. 2015-ben a csillagászok először észlelték a gravitációs hullámok mozgását a Louisiana-ban és Washingtonban, a Föld alapú lézerinterferométer Gravitációs-Hullám-megfigyelőközpont (LIGO) távcsövein. Ebben az esetben a hullámokat két hatalmas, egymás körül keringő fekete lyuk heves ütközése okozta, amelyet bináris fekete lyuknak hívnak.
A LIGO és más megfigyelési technológiák felhasználásával egy új tanulmány célja a fekete lyukak teljesebb képet festeni - különösen azok, amelyek a közepes tömegű fekete lyukaknak (IMBH) ismert homályosabb kategóriába tartoznak.
"Amikor csatlakoztam a LIGO-hoz, rájöttem, hogy a fekete lyukak általános relativista szimulációjában töltött éveim bevezethetők az IMBH új asztrofizikai vadászatához" - mondta Karan Jani, a Vanderbilti Egyetem asztrofizikusa és a tanulmány vezető szerzője. com
Az IMBH-k valahol a szupermasszív - legalább egymilliószor nagyobb, mint a mi napunk - és a csillagtömegű fekete lyukak között vannak - kisebbek, de mégis ötször-ötszörösek a napunk tömegénél.
"Az IMBH-k nagyon különlegesek a gravitációs hullámú csillagászat kezdő évtizedében. Minden ismert asztrofizikai forrás közül, amely gravitációs hullámokat bocsát ki, beszámolunk arról, hogy mind a LIGO, mind a LISA (lézeres interferométer űrantenna) érzékenyebbek az IMBH-k egyesüléseire" - mondta Jani. "E két kísérlettel gyakorlatilag felmérhetjük az összes IMBH bináris fájlt az univerzumban."
A csillagászok azonban még nem tudták közvetlenül felismerni ezeket a megfoghatatlan, közepes méretű fekete lyukakat - tette hozzá Jani. Ezért megközelítése a fekete lyukak által kibocsátott gravitációs hullámok különböző frekvenciáinak tanulmányozása az IMBH tevékenység jobb megértése érdekében.
"Mint egy szimfonikus zenekar hangot bocsát ki egy frekvenciacsoporton keresztül, a fekete lyukak által kibocsátott gravitációs hullámok különböző frekvenciákon és időpontokban fordulnak elő" - mondta Jani a Vanderbilti Egyetem nyilatkozatában. "Ezeknek a frekvenciáknak egy része rendkívül nagy sávszélességű, míg mások alacsony sávszélességűek, és a gravitációs hullámcsillagászat következő korszakán a célunk mindkét frekvencia több sávú megfigyeléseinek rögzítése annak érdekében, hogy" az egész dalt meghalljuk ", mivel a fekete lyukakról volt szó. "
Úgy gondolják, hogy az IMBH-k azok a magok, amelyekből szupermasszív fekete lyukak nőnek. Például a fekete lyukak növekedhetnek más fekete lyukak felszívásával. A fekete lyukat körülvevő beeső anyag körzetében, amelyet akkréciós korongnak is nevezünk, erős gravitációs erők vonzzák be a közeli gázt, csillagokat, port és még más fekete lyukakat is. Bármely anyag, amely túl közel kerül, az eseményhorizonton átkerülhet - azon a ponton, amelyen túl nem tud menekülni a fekete lyuk gravitációs vonzódásából.
"Amint egy IMBH csapdába ütközött egy másik fekete lyuk közelében, gravitációs sugárzás csapódik fel" - mondta Jani a Space.com-nak. "A LIGO elkaphatja ezt a sugárzást, amikor ezek a fekete lyukak ütköznek."
A javasolt LISA misszió - az Európai Űrügynökség és a NASA együttes vezetésével - képes lesz felderíteni és pontosan mérni az alacsony frekvenciájú gravitációs hullámokat, ami a Föld-alapú detektorok számára kihívást jelent a bolygónk szeizmikus mozgása vagy akár egy elhaladó áthaladó rezgés miatt autó. A 2034-ben elindítani tervezett LISA lenne az első dedikált, tér alapú gravitációs hullámdetektor.
"A LISA küldetésével tanulmányunk megállapítja, hogy az IMBH-k sugárzása legalább néhány évvel rögzíthető a végzetes ütközésük előtt" - mondta Jani. "Ez a sugárzás szó szerint a tér-idő deformálódik közvetlenül az IMBH-k eseményhorizontján kívül. A rádió- vagy röntgenjelektől eltérően a gravitációs sugárzás nem veszíti el az információt, mivel milliárd fényév alatt utazik, mielőtt eljutott hozzánk."
Ezért a LIGO detektorok és a magas frekvenciájú gravitációs hullámokat rögzítő detektorok, valamint a jövőbeli detektorok - például a LISA misszió - megfigyeléseinek kombinálásával, amelyek az alacsony frekvenciájú gravitációs hullámokat mérik, a kutatók remélik, hogy hiányosságokat töltenek be a fekete lyukak jelenlegi megértésében.
Tanulmányukat november 18-án tették közzé a Nature Astronomy folyóiratban.
- Képek: Az univerzum fekete lyukai
- Az ütköző fekete lyukak különböző gravitációs dalokat énekelhetnek
- Vegyünk egy szimfonikus utazást egy fekete lyukba a 'Metacosmos' segítségével
