Røntgenstråler og gravitationsbølger kombineres for at belyse massiv sort hulkollision

En ny undersøgelse foretaget af en gruppe forskere ved University of Birmingham har fundet ud af, at kollisioner af supermassive sorte huller kan observeres samtidigt i både gravitationsbølger og røntgenstråler i begyndelsen af ​​det næste årti.

Den Europæiske Rumorganisation (ESA) har for nylig annonceret, at deres to store rumobservatorier i 2030'erne vil få deres opsendelser tidsbestemt til samtidig brug. Disse missioner, Athene, næste generation af røntgenrumteleskop og LISA, det første rumbaserede gravitationsbølgeobservatorium, vil blive koordineret til at begynde at observere inden for et år efter hinanden og vil sandsynligvis have mindst fire års overlappende videnskabelige operationer.

Ifølge den nye undersøgelse, udgivet i Natur astronomi ("Forbinder gravitationsbølger og røntgenfænomener med fælles LISA- og Athena-observationer"), ESA's beslutning vil give astronomer en hidtil uset mulighed for at producere multi-messenger kort over nogle af de mest voldelige kosmiske begivenheder i universet, som ikke er blevet observeret indtil videre, og som ligger i hjertet af mangeårige mysterier omkring universets udvikling.

De omfatter kollisionen af ​​supermassive sorte huller i kernen af ​​galakser i det fjerne univers og "opslugning" af stjerneformede kompakte objekter såsom neutronstjerner og sorte huller af massive sorte huller, der ligger i centrum af de fleste galakser.

Gravitationsbølgerne målt af LISA vil udpege de krusninger af rumtid, som fusionerne forårsager, mens røntgenstrålerne observeret med Athena afslører de varme og meget energiske fysiske processer i det miljø. At kombinere disse to budbringere for at observere det samme fænomen i disse systemer ville bringe et stort spring i vores forståelse af, hvordan massive sorte huller og galakser udvikler sig sammen, hvordan massive sorte huller vokser deres masse og hober sig sammen, og gassens rolle omkring disse sorte huller.

Dette er nogle af de store ubesvarede spørgsmål inden for astrofysik, som har undret videnskabsmænd i årtier.

Dr. Sean McGee, Underviser i astrofysik ved University of Birmingham og medlem af både Athena- og LISA-konsortiet, ledet undersøgelsen. Han sagde, "Udsigten til samtidige observationer af disse begivenheder er ukendt territorium, og kan føre til store fremskridt. Dette lover at blive en revolution i vores forståelse af supermassive sorte huller, og hvordan de vokser i galakser."

Professor Alberto Vecchio, Direktør for Institut for Gravitationsbølgeastronomi, University of Birmingham, og en medforfatter på undersøgelsen, sagde:"Jeg har arbejdet på LISA i tyve år, og udsigten til at kombinere kræfter med de mest kraftfulde røntgenøjne, der nogensinde er designet til at se lige ind i centrum af galakser, lover at gøre denne lange sejltur endnu mere givende. Det er svært at forudsige. præcis hvad vi skal opdage:vi skulle bare spænde fast, fordi det bliver noget af en tur”.

I løbet af missionernes levetid, der kan være så mange som 10 fusioner af sorte huller med masser på 100, 000 til 10, 000, 000 gange solens masse, der har signaler stærke nok til at blive observeret af begge observatorier. Selvom på grund af vores nuværende mangel på forståelse af den fysik, der opstår under disse fusioner, og hvor ofte de forekommer, observatorierne kunne observere mange flere eller mange færre af disse begivenheder. Ja, det er spørgsmål, som vil blive besvaret af observationerne.

Ud over, LISA vil detektere de tidlige stadier af sammensmeltninger af sorte huller i stjernernes masse, som vil afsluttes med påvisning i jordbaserede gravitationsbølgeobservatorier. Denne tidlige detektion vil gøre det muligt for Athena at observere den binære placering i det præcise øjeblik, fusionen vil finde sted.