När det gäller universums många mysterier är en specialkategori reserverad för svarta hål. Eftersom de är osynliga för blotta ögat, förblir de synliga oupptäckta, och forskare tvingas lita på att "se" effekterna deras intensiva tyngdkraft har på stjärnor i närheten och gasmoln för att studera dem.
Det kan komma att förändras tack vare ett team från Cardiff University. Här har forskare uppnått ett genombrott som kan hjälpa forskare att upptäcka hundratals svarta hål i hela universum.
Under ledning av Dr. Mark Hannam från School of Physics and Astronomy har forskarna byggt en teoretisk modell som syftar till att förutsäga alla potentiella gravitationsvågsignaler som kan hittas av forskare som arbetar med laserinterferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) detektorer .
Dessa detektorer, som fungerar som mikrofoner, är utformade för att söka efter rester av kollisioner i svart hål. När de slås på hoppas Cardiff-teamet att deras forskning kommer att fungera som en slags "spottersguide" och hjälpa forskare att plocka upp de svaga krusningarna av kollisioner - kända som gravitationsvågor - som ägde rum för miljontals år sedan.
Cardiff-teamet består av postdoktorer, doktorander och samarbetspartners från universitet i Europa och USA och kommer att samarbeta med forskare över hela världen när de försöker ta upp universums ursprung.
"Den snabba snurringen av svarta hål kommer att orsaka att banorna vinglar, precis som de sista wobblorna i en snurrtopp innan den faller över," sade Hannam. ”Dessa vaggar kan få de svarta hålen att spåra vilda stigar runt varandra, vilket leder till extremt komplicerade gravitationsvågsignaler. Vår modell syftar till att förutsäga detta beteende och hjälpa forskare att hitta signalerna i detektordata. ”
Redan har den nya modellen programmerats till de datorkoder som LIGO-forskare över hela världen förbereder sig för att söka efter sammanslagningar av svart hål när detektorerna slås på.
Dr Hannam tillade: ”Ibland ser banorna i dessa snurrande svarta hål helt sammantrasslade, som en boll av snöre. Men om du föreställer dig att virvla runt med de svarta hålen, så ser det allt tydligare ut, och vi kan skriva ner ekvationer för att beskriva vad som händer. Det är som att titta på ett barn på en snurrande nöjespark rida, tydligen vifta med händerna. Från sidlinjerna är det omöjligt att berätta vad de gör. Men om du sitter bredvid dem, kan de sitta perfekt stilla, bara ge dig tummen upp. ”
Men naturligtvis finns det fortfarande arbete att göra: ”Hittills har vi bara inkluderat dessa prcessionseffekter medan de svarta hålen spiral mot varandra,” sade Dr. Hannam. "Vi måste fortfarande arbeta exakt vad snurrarna gör när de svarta hålen kolliderar."
För det måste de utföra stora datorsimuleringar för att lösa Einsteins ekvationer för ögonblicken före och efter kollisionen. De kommer också att behöva producera många simuleringar för att fånga tillräckliga kombinationer av svarthålsmassor och rotationsriktningar för att förstå det allmänna beteendet hos dessa komplicerade system.
Dessutom är tiden något begränsad för Cardiff-teamet. När detektorerna är påslagen kommer det bara att vara en tidsfråga innan de första gravitationsvågdetekteringarna görs. Beräkningarna som Dr. Hannam och hans kollegor producerar måste vara redo i tid om de hoppas få ut det mesta av dem.
Men Dr. Hannam är optimistisk. "I flera år var vi stubbade på hur vi skulle lossa svarthålets rörelse," sade han. "Nu när vi har löst det vet vi vad vi ska göra härnäst."
