Метод, предложенный в данной работе. Наличие SMBHB, излучающего ГВ, приводит к частотным модуляциям излучения ГВ от 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 чёрных дыр в диапазоне масс ~107–109 M⊙. Фото предоставлено: Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02338-0
Международная группа астрофизиков, включая Цюрихский университет, предлагает новый метод обнаружения пар крупнейших черных дыр в центрах галактик. Для этого он анализирует гравитационные волны, генерируемые двойными системами близлежащих небольших звездных черных дыр. Исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy.
Происхождение сверхмассивных черных дыр, обнаруженных в центрах галактик, остается одной из величайших загадок астрономии. Возможно, они всегда были массивными и сформировались, когда Вселенная была очень молодой. Альтернативно, они могли вырасти с течением времени за счет накопления материи и других черных дыр. Когда сверхмассивная черная дыра собирается поглотить другую массивную черную дыру, она испускает гравитационные волны, которые представляют собой рябь в пространстве-времени, распространяющуюся по Вселенной.
Проблема открытия массивных черных дыр
Гравитационные волны недавно были обнаружены, но только от небольших черных дыр, остатков звезд. Обнаружение сигналов от отдельных пар больших черных дыр до сих пор невозможно, поскольку современные детекторы не чувствительны к очень низким частотам излучаемых ими гравитационных волн. Планируемые будущие детекторы, такие как космическая миссия LISA под руководством ЕКА, частично решат эту проблему, но обнаружение самых массивных пар черных дыр по-прежнему будет невозможным.
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 крупнейших черных дыр в центрах галактик. Это предполагает анализ гравитационных волн, генерируемых двойными системами близлежащих небольших звездных черных дыр, которые являются остатками коллапсирующих звезд.
Этот подход, для которого требуется детектор гравитационных волн с частотой децигерц, позволит открыть крупнейшие двойные системы сверхмассивных черных дыр, которые в противном случае могли бы остаться недоступными.
«Наша идея по сути работает так же, как прослушивание радиостанции. Мы предлагаем использовать сигнал пар маленьких черных дыр аналогично тому, как радиоволны передают сигнал. Сверхмассивные черные дыры — это музыка, обнаруженная в частотной модуляции (FM). ) сигналов закодированы», — сказал Якоб Стегманн, ведущий автор исследования, который начал эту работу в качестве приглашенного студента в Цюрихском университете и с тех пор перешел в Институт астрофизики Макса Планка в качестве постдокторанта.
«Новизна этой идеи заключается в том, что мы используем высокие частоты, которые легко обнаружить, для изучения более низких частот, к которым мы еще не чувствительны».
Маяк указывает на более крупные черные дыры
Текущие результаты, полученные с помощью хронометрических массивов пульсаров, уже подтверждают существование слияния двойных систем сверхмассивных черных дыр. Однако это свидетельство косвенное и основано на коллективном сигнале многих далеких двойных звезд, эффективно создающем 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, двойная звезда из маленьких черных дыр эффективно действует как маяк, указывающий на существование более крупных черных дыр.
Обнаружив крошечные модуляции в сигналах небольших двойных черных дыр, ученые смогли идентифицировать ранее скрытые сверхмассивные двойные черные дыры с массами в диапазоне от 10 до 100 миллионов раз больше массы нашего Солнца, даже на огромных расстояниях.
Люсио Майер, соавтор исследования и теоретик черных дыр из Цюрихского университета, добавил: «Поскольку теперь путь к космической антенне лазерного интерферометра (LISA) установлен после ее принятия ЕКА в январе прошлого года, сообщество должно найти лучшее Стратегия для этого: «Следующее поколение детекторов гравитационных волн, в частности, на какой частотный диапазон они должны ориентироваться – подобные исследования являются сильной мотивацией для того, чтобы отдать приоритет конструкции детектора с частотой децигерц».
Информация от: Цюрихским университетом
