Svarte hull er blant de mest fascinerende objektene i universet, men de er fortsatt unnvikende fordi de er så utrolig tette, og tyngdekraften deres er så sterk at ikke engang lys kan unnslippe deres grep. For å avdekke sorte hull som skjuler seg over kosmos, har forskere henvendt seg til et voksende forskningsfelt som kalles gravitasjonsbølgerastronomi.
Gravitasjonsbølger er forvrengninger, eller krusninger, i stoffets rom og tid produsert av bevegelse av massive gjenstander. I 2015 oppdaget astronomer bevegelsen av gravitasjonsbølger for første gang ved hjelp av teleskopene fra det jordbaserte laserinterferometeret Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i Louisiana og Washington. I dette tilfellet ble krusningene produsert av en voldelig kollisjon av to massive, med-omløpende sorte hull kjent som et binært svart hull.
Ved å bruke LIGO og andre observasjonsteknologier har en ny studie som mål å male et mer fullstendig bilde av sorte hull - nærmere bestemt de som tilhører den mer uklare kategorien kjent som mellomliggende masse sorte hull (IMBH).
"Da jeg begynte i LIGO, innså jeg at mine år med generell relativistisk simulering av sorte hull kan bringes inn for å utvikle en ny astrofysisk jakt på IMBHs," sa Karan Jani, en astrofysiker fra Vanderbilt University og hovedforfatter av studien, til Space. com
IMBH-er faller et sted mellom supermassivt - minst en million ganger større enn solen vår - og svartmasse i stjernemassen - mindre, men fremdeles fem til 50 ganger større enn solenes masse.
"IMBH er veldig spesielle i det første tiåret med astronomi med gravitasjonsbølger. Blant alle kjente astrofysiske kilder som avgir gravitasjonsbølger, rapporterer vi at både LIGO og LISA [Laser Interferometer Space Antenna] er mest følsomme for sammenslåinger av IMBHs," sa Jani. "Med disse to eksperimentene kan vi praktisk talt kartlegge alle IMBH-binærene i universet."
Imidlertid har astronomer ennå ikke klart å oppdage disse unnvikende, mellomstore sorte hullene, la Jani til. Dermed er hans tilnærming å studere de forskjellige frekvensene av gravitasjonsbølger som sendes ut av sorte hull for å få en bedre forståelse av IMBH-aktiviteten.
"Som et symfoniorkester avgir lyd på tvers av en rekke frekvenser, oppstår tyngdekraftsbølgene som sendes ut av sorte hull ved forskjellige frekvenser og tider," sa Jani i en uttalelse fra Vanderbilt University. "Noen av disse frekvensene er ekstremt høy båndbredde, mens noen er lavbåndbredde, og vårt mål i neste epoke av gravitasjonsbølgerastronomi er å fange observasjoner i flere band av begge disse frekvensene for å" høre hele sangen, "som det var, når det gjelder sorte hull. "
IMBHs antas å være frøene som supermassive sorte hull vokser fra. For eksempel kan sorte hull vokse ved å sopre andre sorte hull. I det området med innfallende materie som omgir et svart hull, også kjent som skiltingsskiven, trekker sterke gravitasjonskrefter inn nærliggende gass, stjerner, støv og til og med andre sorte hull. Alt materiale som blir for nær, risikerer å bli trukket forbi hendelseshorisonten - det punktet det ikke kan unnslippe det sorte hullets gravitasjonstrekk.
"Så snart en IMBH har fanget et annet svart hull i nærheten, vil det være en mengde gravitasjonsstråling," sa Jani til Space.com. "LIGO kan fange denne strålingen i det tilfellet disse sorte hullene kolliderer."
Det foreslåtte LISA-oppdraget - sammen ledet av European Space Agency og NASA - vil være i stand til å oppdage og nøyaktig måle lavfrekvente gravitasjonsbølger, som er utfordrende for jordbaserte detektorer, på grunn av planetens seismiske bevegelse eller til og med vibrasjoner fra en forbipasserende bil. LISA ble planlagt lansert i 2034 og ville være den første dedikerte rombaserte gravitasjonsbølgedetektoren.
"Med LISA-oppdraget finner vår studie at stråling fra IMBHs kan registreres minst noen år før deres skjebnesvangre kollisjon," sa Jani. "Denne strålingen er bokstavelig talt den romtiden som blir deformert rett utenfor begivenhetshorisonten til IMBHs. I motsetning til et radio- eller røntgensignal, mister ikke gravitasjonsstrålingen informasjon når den reiser milliarder av lysår før den når oss."
Ved å kombinere observasjoner fra LIGO-detektorer, som fanger høyfrekvente gravitasjonsbølger, og fremtidige detektorer som LISA-oppdraget, som vil måle lavfrekvente gravitasjonsbølger, håper forskerne å fylle ut hull i den nåværende forståelsen av sorte hull.
Studien deres ble publisert 18. november i tidsskriftet Nature Astronomy.
- Bilder: Black Holes of the Universe
- Kolliderende svarte hull kan synge forskjellige gravitasjonssanger
- Ta en symfonisk reise inn i et svart hull med 'Metacosmos'
