Svarta hål är bland de mest fascinerande föremålen i universum, men de förblir svårfångade eftersom de är så otroligt täta, och deras tyngdkraft är så stark att inte ens ljus kan undkomma deras grepp. För att avslöja svarta hål som gömmer sig över kosmos har forskare vänt sig till ett framväxande forskningsfält som kallas gravitationsvågastronomi.
Gravitationsvågor är snedvridningar, eller krusningar, i tyget av rum och tid som produceras av rörelse av massiva föremål. År 2015 upptäckte astronomer rörelsen av gravitationsvågor för första gången med hjälp av teleskop från det jordbaserade laserinterferometern Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i Louisiana och Washington. I det här fallet producerades ringarna genom en våldsam kollision av två massiva, sam-bana svarta hål kända som ett svart hål binärt.
Med hjälp av LIGO och annan observationsteknik syftar en ny studie till att måla en mer fullständig bild av svarta hål - speciellt de som hör till den mer oklara kategorin känd som mellanliggande svarta hål (IMBH).
"När jag gick med i LIGO, insåg jag att mina år med allmän relativistisk simulering av svarta hål kan föras in för att utveckla en ny astrofysisk jakt på IMBHs," berättade Karan Jani, en astrofysiker från Vanderbilt universitet och huvudförfattare till studien. com
IMBHs faller någonstans mellan supermassiva - minst en miljon gånger större än vår sol - och svarta hål i stjärnmassan - mindre, men fortfarande fem till 50 gånger större än solens massa.
"IMBHs är mycket speciella i det första årtiondet av gravitationsvågastronomi. Bland alla kända astrofysiska källor som avger gravitationsvågor rapporterar vi att både LIGO och LISA [Laser Interferometer Space Antenna] är mest känsliga för sammanslagningar av IMBHs," sade Jani. "Med dessa två experiment kan vi praktiskt undersöka alla IMBH-binärer i universum."
Men astronomer har ännu inte kunnat direkt upptäcka dessa svårfångade, medelstora svarta hål, tillade Jani. Därför är hans strategi att studera de olika frekvenserna för gravitationsvågor som släpps ut av svarta hål för att få en bättre förståelse för IMBH-aktivitet.
"Liksom en symfoniorkester avger ljud över en mängd frekvenser, inträffar gravitationsvågorna som utsänds av svarta hål vid olika frekvenser och tider," sade Jani i ett uttalande från Vanderbilt University. "Vissa av dessa frekvenser är extremt högbandbredd, medan andra är lågbandbredd, och vårt mål i nästa era av gravitationsvågastronomi är att fånga observationer i flera band av båda dessa frekvenser för att" höra hela sången "som det var, när det gäller svarta hål. "
IMBHs tros vara frön från vilka supermassiva svarta hål växer. Till exempel kan svarta hål växa genom att sopa upp andra svarta hål. I området med infalling materia som omger ett svart hål, även känt som åtskillnadsskivan, drar starka gravitationskrafter in närliggande gas, stjärnor, damm och till och med andra svarta hål. Allt material som blir för nära riskerar att dras förbi händelseshorisonten - den punkt utöver vilken det inte kan undkomma det svarta hålets gravitationella drag.
"Så snart en IMBH har fångat ett annat svart hål i dess närhet kommer det att bli en storm av gravitationsstrålning," sa Jani till Space.com. "LIGO kan fånga denna strålning i det fall dessa svarta hål kolliderar."
Det föreslagna LISA-uppdraget - tillsammans ledat av Europeiska rymdorganisationen och NASA - kommer att kunna upptäcka och noggrant mäta lågfrekventa gravitationsvågor, vilket är utmanande för jordbaserade detektorer på grund av vår planets seismiska rörelse eller till och med vibrationer från en förbipasserande bil. LISA planerades att lanseras 2034 och skulle vara den första dedikerade rymdbaserade gravitationsvågdetektorn.
"Med LISA-uppdraget finner vår studie att strålning från IMBHs kan registreras minst några år innan deras ödesdigra kollision," sade Jani. "Denna strålning är bokstavligen den rymdtid som deformeras precis utanför IMBH: s händelseshorisont. Till skillnad från en radio- eller röntgensignal förlorar inte gravitationsstrålningen information eftersom den reser miljarder ljusår innan den når oss."
Genom att kombinera observationer från LIGO-detektorer, som fångar högfrekventa gravitationsvågor, och framtida detektorer som LISA-uppdraget, som kommer att mäta lågfrekventa gravitationsvågor, hoppas forskarna att fylla i luckor i den nuvarande förståelsen av svarta hål.
Deras studie publicerades 18 november i tidskriften Nature Astronomy.
- Bilder: Black Holes of the Universe
- Kolliderande svarta hål kan sjunga olika gravitationssånger
- Ta en symfonisk resa in i ett svart hål med 'Metacosmos'
