Gravitacijski valovi iz združljivih supermasivnih črnih lukenj bodo opazili v 10 letih, napovedi študije

Treći element S3E28 Gravitacijski valovi (Julij 2019).

Anonim

Astronomi ne bodo morali čakati veliko dlje za prvi pogled na eno največjih vrst sindikatov v vesolju. Nove raziskave, objavljene 13. novembra v Nature Astronomiji, napovedujejo, da se bodo v 10 letih zaznale gravitacijske valove, ki nastanejo z združitvijo dveh supermasivnih črnih lukenj. Študija je prva, ki uporablja realne podatke, namesto računalniške simulacije, da predvidi, kdaj bo takšno opazovanje opravljeno.

"Gravitacijski valovi iz teh dveh supermasivnih črnih lukenj so najmočnejši v vesolju, " pravi študijska vodja Chiara Mingarelli, raziskovalna sodelavka Centra za računalniško astrofiziko na Inštitutu Flatiron v New Yorku. "Absolutno pritegnejo združitve črne luknje, ki jih je odkril LIGO", ali Observatorij gravitacijskega valovanja Laserjevega interferometra, ki so februarja 2016 odkrili gravitacijske valove pred trkimi črnimi luknjami.

Odkrivanje supermasivne združitve črne luknje bi ponujalo nove vpoglede na to, kako se razvijajo velike galaksije in črne luknje, pravi Mingarelli. Pomanjkanje takega opazovanja v desetletnem časovnem obdobju bi po drugi strani zahtevalo ponoven razmislek o tem, ali se združijo in kako se združijo supermasivne črne luknje, pravi.

Supermasivne črne luknje živijo v središču velikih galaksij, vključno z našo lastno Mlečno potjo, in so lahko milijone ali celo milijarde krat mase sonca. Za primerjavo so bile razporejene črne luknje, ki so jih do sedaj odkrili gravitacijski detektorji valov, le nekaj desetkrat večja od mase sonca.

Ko se dve galaksiji združita in združita, se njihova supermasivna črna luknja pomakne v središče novo združene galaksije. Znanstveniki napovedujejo, da se bodo supermasivne črne luknje zaprle skupaj in se sčasoma združile. To zbiranje povzroča intenzivne gravitacijske valove, ki zbledajo skozi tkanino prostora in časa.

Čeprav so te gravitacijske valove močne, ležijo izven valovnih dolžin, ki jih trenutno opazujejo tekoči poskusi, kot so LIGO in Devica. Novi lov za gravitacijskimi valovi, ki nastanejo z združevanjem supermasivnih črnih lukenj, namesto tega poveže zvezde, imenovane pulsare, ki delujejo kot kozmični metronomi. Hitro predenje zvezde pošiljajo stalni ritem impulzov radijskih valov. Kot prehodni gravitacijski valovi se raztezajo in stisnejo prostor med Zemljo in pulsarjem, ritem se nekoliko spreminja. Te spremembe nato spremljajo projekti, ki gledajo na pulsar na Zemlji.

Trije projekti trenutno prebirajo časovni okvir radijskih valov, ki prihajajo iz bližnjih pulsarjev: Parkes Pulsar Timing Array v Avstraliji, severnoameriški observatorij Nanohertz za gravitacijske valove in evropsko časovno armaturo Pulsar. Skupaj trio oblikuje časovni razpored mednarodnega pulzarja.

Mingarelli in kolegi so ocenili, kako dolgo bodo ti projekti potrebovali, da bi ugotovili svojo prvo supermasivno združevanje črne luknje. Ekipa je katalogizirala bližnje galaksije, ki lahko gostijo pare supermasivnih črnih lukenj. Raziskovalci so nato te podatke združili s karto bližnjih pulsarjev, da bi našli prvič - verjetnost dokončne detekcije skozi čas.

"Če upoštevate položaje pulsarjev na nebu, imate v bistvu 100-odstotno možnost, da odkrijete nekaj v 10 letih, " pravi Mingarelli. "Bistvo je, da boste zagotovo izbrali vsaj eno lokalno supermasivno črno luknjo."

Eno presenečenje iz rezultatov je bilo, katere galaksije najverjetneje ponujajo prvi pogled na supermasivno združitev črne luknje. Večje galaksije pomenijo večje črne luknje in zato močnejše gravitacijske valove. Toda večje črne luknje se prav tako združijo hitreje, kar zmanjša okno, v katerem se lahko zaznajo gravitacijski valovi. Združitev črne luknje v masivni galaksiji, kot je M87, bi na primer omogočala zaznavne gravitacijske valove 4 milijone let, medtem ko bi bolj skromna galaksija, kot je galaksija Sombrero, ponudila okno s 160 milijoni let.

Uspešno odkrivanje bi astrofizičarjem omogočilo boljše razumevanje astrofizike v srcih združevanja galaksij, pravi Mingarelli, in ponuditi novo pot za preučevanje temeljne fizike, ki ni dostopna na noben drug način. Število posamičnih supermasivnih binarnih lukenj črne luknje ponuja tudi merilo, kako pogosto se združujejo galaksije, kar je pomemben ukrep, kako se vesolje razvije skozi čas.

Če ne opazimo supermasivne združitve črne luknje, je lahko zato, ker se črne luknje ustavijo pri približno treh svetlobnih letih (ali en parsek) ločitve. Ta zagon je znan kot problem Final Parsec. Črne luknje se postopoma segrejejo skozi čas, ko se njihova orbita propadejo, ko se izgubi energija, ki ustvarja gravitacijske valove, toda proces lahko traja dlje od sedanjega časa vesolja.

Glede na to, ali bodo astronomi odkrili supermasivno združevanje črne luknje, "bo to zanimivo v vsakem primeru", pravi Mingarelli.

menu
menu