Hvordan man observerer en sort huls symfoni ved hjælp af gravitationsbølgeastronomi

Indhyllet i mystik siden deres opdagelse, fænomenet sorte huller fortsætter med at være en af ​​de mest forbløffende gåder i vores univers.

I de seneste år, mange forskere har gjort fremskridt med at forstå sorte huller ved hjælp af observationsastronomi og et spirende felt kendt som gravitationsbølgeastronomi, første hypotese af Albert Einstein, som direkte måler gravitationsbølgerne udsendt af sorte huller.

Gennem disse fund om sorte huls gravitationsbølger, som første gang blev observeret i 2015 af Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatories (LIGO) i Louisiana og Washington, forskere har lært spændende detaljer om disse usynlige objekter og udviklet teorier og projektioner om alt fra deres størrelser til deres fysiske egenskaber.

Stadig, begrænsninger i LIGO og andre observationsteknologier har afholdt videnskabsmænd fra at fatte et mere komplet billede af sorte huller, og et af de største huller i viden vedrører en bestemt type sorte hul:dem med mellemmasse, eller sorte huller, der falder et sted mellem supermassive (mindst en million gange større end vores sol) og stjerner (tænk:mindre, dog stadig 5 til 50 gange større end vores sols masse).

Det kan snart ændre sig takket være ny forskning fra Vanderbilt om, hvad der er det næste for gravitationsbølgeastronomi. Studiet, ledet af Vanderbilt-astrofysikeren Karan Jani og præsenteret i dag som et brev i Natur astronomi , præsenterer en overbevisende køreplan til at fange 4- til 10-årige øjebliksbilleder af mellem-masse sorte hul-aktivitet.

"Som et symfoniorkester udsender lyd på tværs af en række frekvenser, gravitationsbølgerne udsendt af sorte huller forekommer ved forskellige frekvenser og tidspunkter, " sagde Jani. "Nogle af disse frekvenser har ekstrem høj båndbredde, mens nogle har lav båndbredde, og vores mål i den næste æra af gravitationsbølgeastronomi er at fange multibåndsobservationer af begge disse frekvenser for at 'høre hele sangen' ' som det var, når det kommer til sorte huller."

Jani, en selverklæret "sort hul jæger", som Forbes navngav til sin 2017 30 Under 30 liste i Science, var en del af holdet, der opdagede de allerførste gravitationsbølger. Han kom til Vanderbilt som GRAVITY postdoc i 2019.

Sammen med samarbejdspartnere ved Georgia Institute of Technology, California Institute of Technology og Jet Propulsion Laboratory ved NASA, det nye papir, "Detekterbarhed af mellem-masse sorte huller i multibånd gravitationsbølge astronomi, " ser på fremtiden for LIGO-detektorer sammen med den foreslåede Laser Interferometer Space Antenna (LISA) rummission, som ville hjælpe mennesker med at komme et skridt tættere på at forstå, hvad der sker i og omkring sorte huller.

"Muligheden for, at der eksisterer sorte huller i mellemmasse, men i øjeblikket er skjult for vores syn, er både fristende og frustrerende, " sagde Deidre Skomager, medforfatter til papiret og professor ved Georgia Tech's School of Physics. "Heldigvis, der er håb, da disse sorte huller er ideelle kilder til fremtidig multibånds gravitationsbølgeastronomi."

LISA, en mission ledet i fællesskab af European Space Agency og NASA og planlagt til opsendelse i år 2034, ville forbedre detektionsfølsomheden for lavfrekvente gravitationsbølger. Som den første dedikerede rumbaserede gravitationsbølgedetektor, LISA ville give en kritisk måling af en tidligere uopnåelig frekvens og muliggøre en mere fuldstændig observation af sorte huller med mellemmasse. I 2018, Vanderbilt fysik- og astronomiprofessor Kelly Holley-Bockelmann blev udpeget af NASA som den indledende formand for LISA Study Team.

"Inde i sorte huller, al kendt forståelse af vores univers bryder sammen, " tilføjede Jani. "Med den høje frekvens, der allerede fanges af LIGO-detektorer, og den lave frekvens fra fremtidige detektorer og LISA-missionen, vi kan samle disse datapunkter for at hjælpe med at udfylde mange huller i vores forståelse af sorte huller."