Gurile negre sunt printre cele mai fascinante obiecte din univers, dar rămân evazive pentru că sunt atât de incredibil de dense, iar gravitația lor este atât de puternică încât nici măcar lumina nu le poate scăpa. Pentru a descoperi găurile negre care se ascund în cosmos, cercetătorii s-au îndreptat către un câmp emergent de cercetare cunoscut sub numele de astronomie cu unde gravitaționale.
Undele gravitaționale sunt distorsiuni, sau ondulări, în țesutul spațiului și timpului produs de mișcarea obiectelor masive. În 2015, astronomii au detectat mișcarea undelor gravitaționale pentru prima dată folosind telescoapele Observatorului Interferometru cu laser gravitational-unde (LIGO) din Louisiana și Washington. În acest caz, ondulările au fost produse printr-o coliziune violentă a două găuri negre masive, co-orbitante, cunoscute sub numele de binară cu găuri negre.
Folosind LIGO și alte tehnologii de observare, un nou studiu își propune să picteze o imagine mai completă a găurilor negre - în special a celor aparținând categoriei mai obscure cunoscute sub numele de găuri negre cu masă intermediară (IMBHs).
"Când m-am înscris la LIGO, mi-am dat seama că anii mei de simulare relativistă generală a găurilor negre pot fi aduse pentru a dezvolta o nouă vânătoare astrofizică de IMBHs", a declarat pentru Space Karan Jani, astrofizician de la Universitatea Vanderbilt și autorul principal al studiului. com
IMBH-urile se încadrează undeva între supermasive - de cel puțin un milion de ori mai mari decât soarele nostru - și găuri negre cu masa stelară - mai mici, dar totuși de cinci până la 50 de ori mai mari decât masa soarelui nostru.
"IMBH-urile sunt foarte speciale în deceniul inaugural al astronomiei cu unde gravitaționale. Printre fiecare sursă astrofizică cunoscută care emite unde gravitaționale, raportăm că atât LIGO cât și LISA [Antena Spațială Interferometru Laser] sunt cele mai sensibile la fuziunile IMBH-urilor", a spus Jani. Cu aceste două experimente, putem examina practic toate binarele IMBH din univers.
Cu toate acestea, astronomii nu au reușit încă să detecteze direct aceste găuri negre evazive, de dimensiuni medii, a adăugat Jani. Astfel, abordarea sa este de a studia frecvențele diferite ale undelor gravitaționale emise de găurile negre pentru a obține o mai bună înțelegere a activității IMBH.
"La fel ca o orchestră simfonică emite sunet pe o serie de frecvențe, undele gravitaționale emise de găurile negre apar la frecvențe și ore diferite", a spus Jani într-un comunicat al Universității Vanderbilt. "Unele dintre aceste frecvențe au o lățime de bandă extrem de mare, în timp ce altele au o lățime de bandă scăzută, iar scopul nostru în următoarea eră a astronomiei cu valuri gravitaționale este să surprindem observații multiband ale ambelor frecvențe pentru a" auzi întreaga melodie ", ca a fost, când vine vorba de găuri negre ".
Se consideră că IMBH sunt semințele din care cresc găuri negre supermasive. De exemplu, găurile negre pot crește agățând alte găuri negre. În regiunea în care se află materialul care înconjoară o gaură neagră, cunoscută și sub numele de discul de acumulare, forțele gravitaționale puternice atrag gazele din apropiere, stele, praf și chiar și alte găuri negre. Orice material care devine prea apropiat riscă să fie tras peste orizontul evenimentului - punctul dincolo de care nu poate scăpa de atracția gravitațională a găurii negre.
"Imediat ce un IMBH a prins o altă gaură neagră în vecinătatea sa, va apărea o suflă de radiații gravitaționale", a spus Jani pentru Space.com. "LIGO poate prinde această radiație în momentul în care aceste gauri negre se ciocnesc."
Misiunea LISA propusă - condusă în comun de Agenția Spațială Europeană și NASA - va putea detecta și măsura cu precizie undele gravitaționale cu frecvență joasă, care este provocatoare pentru detectoarele de pe Pământ, datorită mișcării seismice a planetei noastre sau chiar a vibrațiilor de la o trecere mașină. Planificat pentru a fi lansat în 2034, LISA va fi primul detector dedicat undelor gravitaționale bazate pe spațiu.
„Cu misiunea LISA, studiul nostru constată că radiațiile de la IMBH pot fi înregistrate cu cel puțin câțiva ani înainte de coliziunea lor fatidică”, a spus Jani. „Această radiație este literalmente spațiul-timp care se deformează chiar în afara orizontului evenimentului al IMBH-urilor. Spre deosebire de un semnal radio sau X, radiația gravitațională nu pierde informația, deoarece călătorește miliarde de ani-lumină înainte de a ajunge la noi."
Prin urmare, combinând observații de la detectoarele LIGO, care surprind unde gravitaționale de înaltă frecvență, și detectoare viitoare, cum ar fi misiunea LISA, care va măsura undele gravitaționale cu frecvență joasă, cercetătorii speră să completeze lacune în înțelegerea actuală a găurilor negre.
Studiul lor a fost publicat pe 18 noiembrie în revista Nature Astronomy.
- Imagini: Gurile negre ale universului
- Colectarea găurilor negre poate cânta diferite cântece gravitaționale
- Faceți o călătorie simfonică într-un gă negru cu „Metacosmos”
