Jak małe czarne dziury mogą pomóc w uchwyceniu dużych

Astronomowie zaproponowali nową metodę wykrywania par największych czarnych dziur znajdujących się w centrach galaktyk poprzez analizę fal grawitacyjnych generowanych przez pobliskie małe czarne dziury, znajdujące się w układach podwójnych.

Pochodzenie supermasywnych czarnych dziur znajdujących się w centrach galaktyk jest wciąż jedną z największych zagadek w astronomii. Jak tłumaczą badacze być może zawsze były one masywne i powstały, gdy Wszechświat był jeszcze bardzo młody. Lub też mogły one rosnąć w czasie, poprzez akrecję materii i „pochłanianie” innych podobnych do nich obiektów. Gdy supermasywna czarna dziura ma zamiar „pożreć” inną, emituje fale grawitacyjne, które są bruzdami w czasoprzestrzeni rozchodzącymi się po kosmosie.

Fale grawitacyjne zostały niedawno wykryte, ale, jak podkreślają naukowcy tylko z małych czarnych dziur, które są pozostałościami gwiazd. Wykrycie sygnałów pojedynczych dużych tego typu obiektów jest nadal niemożliwe, ponieważ obecne detektory nie są wrażliwe na bardzo niskie częstotliwości fal grawitacyjnych, które te emitują. Planowane przyszłe urządzenia, takie jak kosmiczna misja LISA planowana przez ESA, częściowo temu zaradzą, ale wykrycie pojedynczych, najbardziej masywnych z nich wciąż będzie niemożliwe

Astrofizycy z University of Zurich, zaproponowali nową metodę wykrywania największych par czarnych dziur znajdujących się w centrach galaktyk poprzez analizę fal grawitacyjnych generowanych przez znajdujące się blisko nich małe czarne dziury w układach podwójnych, które są pozostałościami po zapadniętych gwiazdach. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy.

Zdaniem badaczy, takie podejście, które będzie wymagało detektora fal grawitacyjnych o częstotliwości decy-Hz (decyherc), pozwoliłoby na odkrycie największych supermasywnych czarnych dziur w układach podwójnych, które do tej pory pozostawały ukryte.

„Nasz pomysł działa w zasadzie jak słuchanie kanału radiowego. Proponujemy wykorzystanie sygnału z par małych czarnych dziur, podobnie jak fale radiowe przenoszą sygnał. Supermasywne czarne dziury są muzyką zakodowaną w modulacji częstotliwości (FM) wykrytego sygnału. Nowatorskim aspektem tego pomysłu jest wykorzystanie wysokich częstotliwości, które są łatwe do wykrycia, do badania niższych częstotliwości, na które nie jesteśmy jeszcze wrażliwi” – mówi Jakob Stegmann z University of Zurich.

Niedawne wyniki badań pulsarów już teraz potwierdzają istnienie łączących się układów podwójnych supermasywnych czarnych dziur. Dowody te są jednak pośrednie i pochodzą ze zbiorowego sygnału wielu odległych układów podwójnych, które tworzą kosmiczne promieniowanie tła (promieniowanie elektromagnetyczne w kosmosie bez dostrzegalnego źródła).

Proponowana metoda wykrywania supermasywnych układów podwójnych czarnych dziur wykorzystuje subtelne zmiany, jakie wywołują one w falach grawitacyjnych emitowanych przez znajdujące się blisko małe czarne dziury o małej masie gwiazdowej, w układach podwójnych. Jak wskazują naukowcy obiekty te działają jak sygnał nawigacyjny ujawniający istnienie większych czarnych dziur.

Wykrywając drobne modulacje w sygnałach z mniejszych par, naukowcy mogliby w ten sposób zidentyfikować wcześniej ukryte supermasywne układy podwójne czarnych dziur o masie od 10 milionów do 100 milionów razy większej niż masa Słońca, nawet na dużych odległościach.

Emil Gołoś