Černé díry patří mezi nejvíce fascinující objekty ve vesmíru, přesto zůstávají nepolapitelné, protože jsou tak neuvěřitelně husté a jejich gravitace je tak silná, že ani světlo nemůže uniknout jejich uchopení. Aby odhalili černé díry skrývající se ve vesmíru, vědci se obrátili na objevující se pole výzkumu známé jako astronomie gravitačních vln.
Gravitační vlny jsou zkreslení nebo vlnění v látce prostoru a času způsobené pohybem hmotných předmětů. V roce 2015 astronomové poprvé detekovali pohyb gravitačních vln pomocí dalekohledů zemské laserové interferometrické gravitační vlny (LIGO) v Louisianě a Washingtonu. V tomto případě byly vlnky vyrobeny násilnou srážkou dvou masivních, společně obíhajících černých děr známých jako binární díra černé díry.
S využitím LIGO a dalších pozorovacích technologií má nová studie za cíl vykreslit ucelenější obrázek černých děr - konkrétně těch, které patří do temnější kategorie známé jako černé díry střední hmotnosti (IMBH).
„Když jsem se připojil k LIGO, uvědomil jsem si, že moje roky obecné relativistické simulace černých děr mohou být přivedeny k vývoji nového astrofyzikálního lovu IMBH,“ řekl Karan Jani, astrofyzik z Vanderbilt University a hlavní autor studie, řekl Space. com
IMBH spadají někde mezi supermasivní - nejméně milionkrát větší než naše slunce - a černé díry s hvězdnou hmotností - menší, ale stále pětkrát až 50krát větší než hmotnost našeho slunce.
„IMBH jsou v první dekádě gravitační vlny velmi speciální. Mezi všemi známými astrofyzikálními zdroji, které emitují gravitační vlny, uvádíme, že LIGO i LISA [Laser Interferometer Space Antenna] jsou nejcitlivější na sloučení IMBH,“ řekl Jani. "Těmito dvěma experimenty můžeme prakticky prozkoumat všechny binární soubory IMBH ve vesmíru."
Astronomové však dosud nedokázali přímo odhalit tyto nepolapitelné středně velké černé díry, dodal Jani. Jeho přístupem je tedy studovat různé frekvence gravitačních vln vyzařovaných černými dírami, aby bylo možné lépe porozumět aktivitě IMBH.
"Stejně jako symfonický orchestr vydává zvuk napříč řadou frekvencí, gravitační vlny vyzařované černými dírami se vyskytují při různých frekvencích a časech," řekl Jani ve svém prohlášení z Vanderbilt University. „Některé z těchto frekvencí jsou extrémně širokopásmové, zatímco některé mají malou šířku pásma, a naším cílem v další éře gravitační vlnové astronomie je zachytit vícerozměrná pozorování obou těchto frekvencí, aby bylo slyšet celou píseň, pokud jde o černé díry. “
Předpokládá se, že IMBHs jsou semena, ze kterých vyrůstají supermasivní černé díry. Například černé díry mohou růst tím, že pohlcují další černé díry. V oblasti nafouknutí hmoty obklopující černou díru, známou také jako akreční disk, přitahují silné gravitační síly okolní plyn, hvězdy, prach a dokonce i další černé díry. Jakýkoli materiál, který se dostane příliš blízko, riskuje, že bude vytažen za horizont události - za nímž nemůže uniknout gravitačnímu tahu černé díry.
"Jakmile IMBH zachytí další černou díru v jejím okolí, dojde k vlně gravitačního záření," řekla Jani Space.com. "LIGO může zachytit toto záření, když se tyto černé díry srazí."
Navrhovaná mise LISA - společně vedená Evropskou kosmickou agenturou a NASA - bude schopna detekovat a přesně měřit nízkofrekvenční gravitační vlny, což je pro detektory na Zemi náročné, kvůli seismickému pohybu naší planety nebo dokonce vibracím z procházejícího auto. LISA by měla být spuštěna v roce 2034 a bude prvním specializovaným detektorem gravitačních vln založených na vesmíru.
"S misí LISA naše studie zjistila, že záření z IMBH může být zaznamenáno nejméně několik let před jejich osudovou srážkou," řekl Jani. „Toto záření je doslova časoprostorový deformovaný přímo před horizontem událostí IMBH. Na rozdíl od rádiového nebo rentgenového signálu gravitační záření neztrácí informace, protože cestuje miliardami světelných let, než se k nám dostane.“
Proto vědci doufají, že kombinováním pozorování z detektorů LIGO, které zachycují vysokofrekvenční gravitační vlny, a budoucích detektorů, jako je mise LISA, která bude měřit nízkofrekvenční gravitační vlny, vyplní mezery v současném chápání černých děr.
Jejich studie byla publikována 18. listopadu v časopise Nature Astronomy.
- Obrázky: Black Holes of the Universe
- Kolidující černé díry mohou zpívat různé gravitační písně
- Vezměte Symphonic Journey do Black Hole s 'Metacosmos'
