Использование маленьких черных дыр для обнаружения больших черных дыр
Метод, предложенный в данной работе. Наличие SMBHB, излучающего ГВ, приводит к частотным модуляциям излучения ГВ компактного бинарного источника на расстоянии d. Модуляции можно наблюдать в течение длительного времени наблюдения T с помощью предлагаемых децигерцовых детекторов GW на расстоянии D ≫ d. Мы показываем, как этот сценарий позволит децигерцовым детекторам косвенно исследовать существование сверхмассивных черных дыр в диапазоне масс ~ 10<sup>7</sup>–10<sup>9</sup> M<sub>⊙</sub>. Автор: Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02338-0
Международная группа астрофизиков при участии Цюрихского университета предлагает новый метод обнаружения пар крупнейших черных дыр, обнаруженных в центрах галактик, путем анализа гравитационных волн, генерируемых двойными системами близлежащих малых звездных черных дыр. Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.
Гравитацио́нные во́лны — изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. Излучаются движущимися массами, но после излучения отрываются от них и существуют независимо от этих масс. Математически связаны с возмущением метрики пространства-времени и могут быть описаны как «рябь пространства-времени».
В общей теории относительности и в некоторых других теориях гравитации гравитационные волны порождаются движением массивных тел с переменным ускорением. Википедия
Проблема обнаружения массивных черных дыр
Гравитационные волны недавно были обнаружены, но только от небольших черных дыр, которые являются остатками звезд. Обнаружить сигналы отдельных пар больших черных дыр пока невозможно, поскольку современные детекторы не чувствительны к очень низким частотам излучаемых ими гравитационных волн. Планируемые будущие детекторы, такие как космическая миссия LISA под руководством Европейского космического агентства, частично исправят эту ситуацию, но об обнаружении самых массивных пар черных дыр по-прежнему не может быть и речи.
Используйте высокие частоты для измерения более низких частот
Международная группа астрофизиков под руководством бывших студентов Цюрихского университета предлагает новую идею и новый метод обнаружения пар самых больших черных дыр, обнаруженных в центрах галактик, путем анализа гравитационных волн, генерируемых двойными звездами близлежащих небольших черных звезд. дыры, являющиеся остатками рухнувших звезд.
Этот подход, для которого потребуется децигерцовый детектор гравитационных волн, позволит открыть крупнейшие сверхмассивные двойные черные дыры, которые в противном случае могли бы остаться недоступными.
«Наша идея по сути работает как прослушивание радиоканала. Мы предлагаем использовать сигнал пар маленьких черных дыр аналогично тому, как радиоволны переносят сигнал. Сверхмассивные черные дыры — это музыка, которая закодирована в частотной модуляции (FM) обнаруженный сигнал», — сказал Якоб Стегманн, ведущий автор исследования, который начал эту работу в Цюрихском университете в качестве приглашенного студента, а затем перешел в Институт астрофизики Макса Планка в качестве научного сотрудника.
«Новый аспект этой идеи заключается в использовании высоких частот, которые легко обнаружить, для исследования более низких частот, к которым мы еще не чувствительны».
Маяк указывает на более крупные черные дыры
Недавние результаты, полученные с помощью временных массивов пульсаров, уже подтверждают существование слияния двойных сверхмассивных черных дыр. Однако это свидетельство косвенное и основано на коллективном сигнале многих далеких двойных звезд, которые эффективно создают фоновый шум.
Предлагаемый метод обнаружения отдельных двойных сверхмассивных черных дыр использует тонкие изменения, которые они вызывают в гравитационных волнах, излучаемых парой близлежащих небольших черных дыр звездной массы. Таким образом, маленькая двойная черная дыра эффективно работает как маяк, раскрывающий существование более крупных черных дыр.
Обнаружив крошечные модуляции в сигналах от небольших двойных черных дыр, ученые смогли таким образом идентифицировать ранее скрытые сверхмассивные двойные черные дыры с массами от 10 до 100 миллионов раз больше массы нашего Солнца, даже на огромных расстояниях.
Люсио Майер, соавтор исследования и теоретик черных дыр в Цюрихском университете, добавил: «Поскольку путь для космической антенны лазерного интерферометра (LISA) теперь определен, после принятия ЕКА в январе прошлого года, сообщество необходимо оценить наилучшую стратегию для следующего поколения детекторов гравитационных волн, в частности, на какой частотный диапазон они должны ориентироваться — подобные исследования дают сильную мотивацию для того, чтобы отдать приоритет конструкции детектора с децигерцовым диапазоном».
Больше информации: Jakob Stegmann et al, Imprints of massive black-hole binaries on neighbouring decihertz gravitational-wave sources, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02338-0
Источник: University of Zurich
0 комментариев