В 1974 году астрономы Брюс Бэлик и Роберт Л. Браун обнаружили мощный радиоисточник в центре Млечного Пути. Источником, Стрелец А*, позже оказалась сверхмассивная черная дыра (СМЧД) с массой более 4 миллионов Солнц. С тех пор астрономы обнаружили, что СМЧД расположены в центре всех галактик с высокоактивными центральными областями, называемыми активными ядрами галактик (АЯГ) или «квазарами». Несмотря на все, что мы узнали, происхождение этих массивных черных дыр остается одной из величайших загадок астрономии.
Наиболее распространенные теории заключаются в том, что они могли образоваться, когда Вселенная была очень молодой, или что они могли вырасти с течением времени, поглощая материю вокруг себя (аккреция) или сливаясь с другими черными дырами. Исследования последних лет показали, что при слиянии таких массивных объектов возникают гравитационные волны (ГВ). В недавнем исследовании международная группа астрофизиков предложила новый метод обнаружения пар СМЧД: анализ гравитационных волн, генерируемых двойными системами близко расположенных малых звездных черных дыр.
Исследование возглавил Якоб Стегманн, научный сотрудник Института астрофизики Макса Планка (MPA) и Института гравитационных исследований Кардиффского университета. К нему присоединились исследователи из Института Нильса Бора, Центра теоретической астрофизики и космологии Цюрихского университета (CTAC-UTZ) и Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт). Исследование, описывающее результаты команды, «Отпечатки массивных двойных черных дыр на соседних источниках децигерцовых гравитационных волн», появилось недавно в Естественная астрономия.
Гравитационные волны (ГВ) были впервые обнаружены в 2015 году учеными Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO). Это рябь в пространстве-времени, вызванная слиянием массивных объектов, таких как белые карлики и черные дыры. Хотя было обнаружено несколько сигналов, включающих бинарные пары сливающихся черных дыр, никаких событий GW с участием сверхмассивных черных дыр обнаружено не было, поскольку современные наземные детекторы не чувствительны к очень низкой частоте, которую излучают эти события. Подобно проблемам, с которыми сталкиваются наземные обсерватории, ученые надеются исправить ситуацию путем разработки космических инструментов.
Сюда также входит планируемая космическая антенна лазерного интерферометра (LISA), миссия под руководством ЕКА, запуск которой запланирован на 2035 год. К сожалению, обнаружить слияния крупнейших черных дыр во Вселенной по-прежнему будет невозможно. Однако Стегманн и его коллеги предполагают, что двойные сверхмассивные черные дыры можно обнаружить, анализируя гравитационные волны, создаваемые меньшими двойными звездами. Предложенный ими метод использует тонкие изменения, которые СМЧД вызывают в гравитационных волнах, излучаемых парой соседних меньших черных дыр.
В этом отношении небольшие двойные черные дыры действуют как маяки, указывающие на существование более крупных пар сливающихся черных дыр. Стегманн объяснил это в недавнем пресс-релизе UHZ:
«Наша идея по сути работает как прослушивание радиостанции. Мы предлагаем использовать сигнал пар маленьких черных дыр аналогично тому, как радиоволны передают сигнал. Сверхмассивные черные дыры — это музыка, закодированная в частотной модуляции (FM) обнаруженного сигнала. Новаторский аспект этой идеи заключается в использовании высоких частот, которые легко обнаружить, для изучения более низких частот, к которым мы ранее не были чувствительны».
Однако доказательства, предоставляемые этим предложенным методом, будут косвенными, поскольку они основаны на фоновом шуме, создаваемом коллективно многими далекими двойными звездами. Кроме того, необходим детектор гравитационных волн с частотой децигерц, который гораздо более чувствителен, чем современные инструменты. Для сравнения: детектор LIGO измеряет гравитационные волны в диапазоне от 7,0 кГц до 30 Гц, а обсерватория Virgo может обнаруживать волны в диапазоне от 10 кГц до 30 Гц. 1Диапазон от 0 Гц до 10 000 Гц. Обнаружив крошечные модуляции в сигналах небольших двойных звезд с черными дырами, ученые смогли идентифицировать сливающиеся черные двойные звезды с массой от 10 до 100 миллионов солнечных масс даже на больших расстояниях.
Люсио Майер, теоретик черных дыр из Цюрихского университета и соавтор исследования, добавил:
«Поскольку путь, установленный для космической антенны лазерного интерферометра (LISA) после ее принятия ЕКА в январе прошлого года, сообществу необходимо оценить лучшую стратегию для следующего поколения детекторов гравитационных волн, в частности, на какой частотный диапазон они должны ориентироваться – исследования Подобные ситуации дают сильный стимул отдать предпочтение конструкции детектора с частотой децигерц».
Дополнительная информация: УЖ, Естественная астрономия
