Ny undersøgelse foreslår lyssignatur til at detektere sorte hul-fusioner

Gravitationsbølgedetektorer finder sorte huls fusioner i universet med en hastighed på én om ugen. Hvis disse fusioner sker i et tomt rum, forskere kan ikke se tilhørende lys, der er nødvendigt for at afgøre, hvor de er sket. Imidlertid, et nyt studie i The Astrophysical Journal Letters , ledet af forskere ved American Museum of Natural History og City University of New York (CUNY), tyder på, at forskere måske endelig kan se lys fra sorte huls fusioner, hvis kollisionerne sker i nærvær af gas.

"Med en let signatur, astronomer kunne nemt lokalisere den kosmiske placering af disse fusioner og studere dem meget mere detaljeret, end det er muligt i øjeblikket, " sagde papirforfatter Barry McKernan, en forskningsmedarbejder i museets afdeling for astrofysik samt en professor ved Borough of Manhattan Community College, CUNY, og et fakultetsmedlem ved CUNY's Graduate Center.

Sorte huller dannes, når massive stjerner dør. Meget ligesom tætte genstande, der synker ned i en flod på Jorden, sorte huller har en tendens til at synke ned i områder af galakser, hvor tyngdekraften er stærkest. Det menes, at der opbygges et stort antal sorte huller i galaksernes centre, hvor en meget større, enkelt, supermassive sorte hul lurer.

Hvis individuelle små sorte huller passerer tæt nok på hinanden, mens de kredser, deres gensidige tyngdekraft gør det muligt for dem at parre sig og kredse om hinanden, mens den også kredser om det centrale supermassive sorte hul. Men et andet tilfældigt nærmøde med et andet lille sort hul kan nemt bryde en sådan parring fra hinanden.

"Så de sorte huller danser, at danne og bryde partnerskaber, men kommer sjældent tæt nok på hinanden til at smelte sammen, " sagde papirmedforfatter K.E. Saavik Ford, som også er forskningsmedarbejder i museets afdeling for astrofysik samt professor ved Borough of Manhattan Community College, CUNY, og et fakultetsmedlem ved CUNY's Graduate Center. "Hvis en fusion sker, det vil ske i mørke, uden tilhørende lys."

Dette billede ændrer sig, hvis en stor gasmasse falder ned på det centrale supermassive sorte hul. Dette vil resultere i en lys gasskive, der omslutter mange af de sorte huller, der myldrer rundt om det centrale supermassive sorte hul og ændrer deres kredsløb. Når du først er inde i disken, gassen trækker i de sorte huller, får dem til at spiralere tættere på det centrale supermassive sorte hul. Hvis de mindre sorte huller passerer tæt nok på hinanden, gas driver dem meget hurtigt sammen og forårsager en sammensmeltning og et udbrud af gravitationsbølger, der kan detekteres af Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i USA og den europæisk-baserede Jomfru-detektor.

Det nye værk af McKernan, Ford, og samarbejdspartnere ved California Institute of Technology, Jet Propulsion Laboratory, University of Edinburgh, Columbia University, og University of Florida, tyder på, at det kan være muligt at se effekten af ​​sorte hul-fusioner på gasskiven. Ideen:når de sorte huller smelter sammen, de oplever typisk et spark ved høj hastighed (ca. 50 kilometer i sekundet/112, 000 miles i timen). Nærliggende gas forsøger at følge fusionsproduktet, men slår ind i nabodiskgas og forårsager en stødkollision. Hvis gasskiven er tynd nok til at lade lyset slippe ud, stødgløden kan spores med teleskop-himmelundersøgelser. Sandsynligheden for at detektere stødgløden mod en allerede lys disk er bedst til fusioner med store sorte huller, omkring centrale sorte huller med mindre masse. Tidsskalaen, hvor gløden frigives, kan hjælpe astronomer med at skelne sorte huls fusion fra tilfældige variationer i skivegassen.

"LIGO har åbnet op for denne helt nye måde at lade os 'høre', hvordan to sorte huller smelter sammen til ét; og hvis vi har ret, der kan meget vel nu være en måde, hvorpå vi kan se disse ellers usynlige begivenheder ske, " sagde medforfatter Nicholas Ross fra University of Edinburgh. "Dette ville have dybe implikationer for, hvordan vi studerer sorte huller og for observationel kosmologi."

Medforfatter Matthew Graham fra Caltech tilføjer:"Vi har masser af teleskoper, såsom ZTF [Zwicky Transient Facility], dækker nu store områder af himlen hver nat. Hvis der er et optisk modstykke, vi burde se det; hvis vi ikke finder nogen, så fortæller det os også noget interessant."