Mustat aukot ovat kiehtovimpia esineitä maailmankaikkeudessa, mutta ne ovat edelleen vaikeasti saavutettavissa, koska ne ovat niin uskomattoman tiheitä ja niiden painovoima on niin vahva, ettei edes valo pääse pakenemaan niiden otteeseen. Paljastaakseen kosmoksen piilossa olevat mustat aukot tutkijat ovat kääntyneet nousevaan tutkimuskenttään, joka tunnetaan nimellä painovoima-astronomia.
Painovoima-aallot ovat vääristymiä tai aallotuksia tilan ja ajan kankaassa, jotka aiheutuvat massiivisten esineiden liikkeistä. Vuonna 2015 tähtitieteilijät havaitsivat painovoima-aaltojen liikkeen ensimmäistä kertaa Louisianassa ja Washingtonissa sijaitsevan LIGO: n maapallon laserinterferometrin (Gravitational-Wave Observatory) kaukoputkien avulla. Tässä tapauksessa aallot syntyivät kahden massiivisen, kiertoradalla kiertävän mustan reiän väkivaltaisella törmäyksellä, joka tunnetaan nimellä binaarinen musta aukko.
LIGO: ta ja muita havaintoteknologioita hyödyntämällä uuden tutkimuksen tavoitteena on maalata täydellisempi kuva mustista reikistä - erityisesti sellaisista, jotka kuuluvat hämärämpään luokkaan, jota kutsutaan keskimassan mustiksi reikiksi (IMBH).
"Liityttyäni LIGO: hon tajusin, että vuosia harjoittamasani mustien reikien relativistisessa simulaatiossa voin kehittää uuden IMBH: n astrofysiikan metsästyksen", Karan Jani, Vanderbiltin yliopiston astrofysiikka ja tutkimuksen pääkirjailija, kertoi Spacelle. com
IMBH: t ovat jossain supermassiivisten - ainakin miljoona kertaa suurempia kuin aurinko - ja tähtimassan mustien reikien välillä - pienempiä, mutta silti viisi - 50 kertaa suurempia kuin aurinkoomme massa.
"IMBH: t ovat erityisen erityisiä gravitaatioaallon tähtitieteen aloitusvuosikymmenellä. Jokaisesta tunnetusta astrofysikaalisesta lähteestä, joka emittoi gravitaatioaaltoja, ilmoitamme, että sekä LIGO että LISA ovat herkempiä IMBH: n sulautumille", Jani sanoi. "Näillä kahdella kokeella voimme käytännössä kartoittaa kaikkia IMBH-binaareja maailmankaikkeudessa."
Tähtitieteilijät eivät kuitenkaan ole vielä pystyneet havaitsemaan näitä vaikeita, keskikokoisia mustia reikiä, Jani lisäsi. Siksi hänen lähestymistapansa on tutkia mustien reikien lähettämiä painovoima-aaltojen erilaisia taajuuksia saadaksesi paremman käsityksen IMBH-aktiivisuudesta.
"Kuten sinfoniaorkesteri emittoi ääntä useilla taajuusalueilla, myös mustien reikien lähettämät gravitaatioaallot esiintyvät eri taajuuksilla ja aikoina", Jani sanoi Vanderbiltin yliopiston lausunnossa. "Jotkut näistä taajuuksista ovat erittäin kaistaleveitä, kun taas toiset ovat matalaa kaistaleveyttä, ja tavoitteemme seuraavalla gravitaatioaallon tähtitieteen aikakaudella on kaappaa näiden kahden taajuuden monikaistahavainnot" kuulla koko kappale ". se oli, kun on kyse mustista reikistä. "
IMBH: ien uskotaan olevan siemeniä, joista supermassiiviset mustat aukot kasvavat. Esimerkiksi mustia reikiä voi kasvaa niputtamalla muita mustia reikiä. Mustaa reikää ympäröivän putoavan aineen alueella, joka tunnetaan myös nimellä lisääntymislevy, voimakkaat gravitaatiovoimat vetävät lähistöllä olevaa kaasua, tähtiä, pölyä ja jopa muita mustia reikiä. Mikä tahansa materiaali, joka saa liian lähelle, on vaarassa vetää tapahtumahorisontin ohi - pisteen, jonka ulkopuolelle se ei pääse mustan aukon painovoiman vetämisestä.
"Heti, kun IMBH on loukannut toisen mustan aukon läheisyyteen, tapahtuu painovoiman säteily", Jani kertoi Space.com: lle. "LIGO voi saada tämän säteilyn esiin silloin, kun nämä mustat reiät törmäävät."
Ehdotettu LISA-operaatio - Euroopan avaruusjärjestön ja NASA: n yhdessä johtama - pystyy havaitsemaan ja mittaamaan tarkasti matalataajuiset gravitaatioaallot, mikä on haastavaa maapallon ilmaisimille, johtuen planeettamme seismisestä liikkeestä tai jopa kulkevasta värähtelystä auto. Suunniteltu markkinoille saattamiseen vuonna 2034, LISA olisi ensimmäinen erillinen avaruuspohjainen gravitaatioaaltoilmaisin.
"LISA-tehtävän kanssa tutkimuksemme havaitsee, että IMBH: ien säteily voidaan tallentaa ainakin muutama vuosi ennen kohtalokasta törmäystä", Jani sanoi. "Tämä säteily on kirjaimellisesti tilanmuutoksen muodonmuutos heti IMBH: ien tapahtumahorisontin ulkopuolella. Toisin kuin radio- tai röntgensignaali, painovoimainen säteily ei menetä tietoja, koska se kulkee miljardeja valovuosia ennen kuin pääsee meille."
Siksi yhdistämällä havainnot LIGO-ilmaisimista, jotka vangitsevat korkeataajuisia gravitaatioaaltoja, ja tuleviin ilmaisimiin, kuten LISA-operaatioon, joka mittaa matalataajuisia gravitaatioaaltoja, tutkijat toivovat täyttävän aukot nykyisessä mustien aukkojen ymmärtämisessä.
Heidän tutkimuksensa julkaistiin 18. marraskuuta lehdessä Nature Astronomy.
- Kuvat: Universumin mustat reiät
- Törmäävät mustat reiät voivat laulaa erilaisia gravitaatiolauluja
- Ota sinfoninen matka mustaan reikään 'Metacosmos'n kanssa
