Små svarta hål kan användas i sökandet efter stora dolda svarta hål

 

Ursprunget till supermassiva svarta hål som finns i vad man anser alla galaxers centrum är fortfarande ett av de största mysterierna. De kan alltid ha varit massiva och bildades när universum fortfarande var mycket ungt (eller i samband med BigBang eller kanske BigBang var anledning till dessa svarta hål som fanns någonstans i tid och rum och som var kärnan till senare galaxers bildning). Alternativt kan de ha vuxit med tiden genom att dra till sig materia och sammanslagits med andra svarta hål. När ett supermassivt svart hål är på väg att äta upp ett annat massivt svart hål kommer detta att sända ut gravitationsvågor som krusningar i rumtiden. Krusningar som fortplantar sig genom universum.

Gravitationsvågor har nyligen upptäckts från små svarta hål som är rester av stjärnor (inte att förväxla med stora centrala hål i galaxers centrala del). Att detektera signalerna från enskilda par av stora svarta hål är fortfarande omöjligt eftersom dagens detektorer inte är känsliga nog för de mycket låga gravitationsvågsfrekvenser som dessa avger. Planerade framtida detektorer, som den rymdbaserade ESA-ledda missionen LISA, kommer delvis råda bot på detta. Men att upptäcka de tyngsta paren av svarta hål kommer fortfarande inte att vara möjligt. 

Ett internationellt team av astrofysiker under ledning av tidigare studenter vid universitetet i Zürich har en ny idé och metod för att upptäcka par av de största svarta hålen som  i galaxers centrum genom att analysera gravitationsvågor som genereras av dubbelstjärnor som finns i närheten av små svarta hål ( resterna av kollapsade stjärnor). Detta tillvägagångssätt, som kommer att kräva en gravitationsvågsdetektor med deci-Hz, skulle göra det möjligt att upptäcka de största supermassiva svarta hålen genom effekter som ges på dessa stjärnor.

"Vår idé fungerar i princip som att lyssna på en radiokanal. Vi föreslår att man använder signalen från par av små svarta hål på samma sätt som radiovågor bär signaler. De supermassiva svarta hålen är den musik som är kodad i frekvensmoduleringen  av den detekterade signalen, beskriver Jakob Stegmann, huvudförfattare till studien och idén som påbörjade detta arbete vid universitetet i Zürich som gäststudent och som sedan dess flyttat till Max Planck-institutet för astrofysik som postdoktoral forskarassistent. "Den nya aspekten av denna idé är att använda höga frekvenser som är lätta att upptäcka för att kunna upptäcka lägre frekvenser som vi ännu inte har tillräckligt känsliga instrument för.

Nya resultat från pulsar-tidsmatriser stöder redan existensen av sammansmältande supermassiva binärer av svarta hål. Dessa bevis är dock indirekta och kommer från den kollektiva signalen från många avlägsna binärer som effektivt skapar ett bakgrundsbrus.

Den föreslagna metoden för att detektera enskilda supermassiva svarta håls binärer utnyttjar de subtila förändringar de orsakar i gravitationsvågor som sänds ut av ett par närliggande små svarta hål vilka har en vit dvärg som följeslagare. Det lilla svarta hålets dubbelstjärna fungerar alltså effektivt som en fyr som avslöjar existensen av de större svarta hålen. Genom att detektera de små modulationerna i signaler från små svarta håls binärer (vita dvärgstjärnor) kunde forskarna identifiera tidigare dolda supermassiva svarta hål-binärer (två stora svarta hål som sveper om varandra) med massor  från 10 miljoner till 100 miljoner gånger solens, även på stora avstånd.

Lucio Mayer, som är medförfattare till studien och svarta hål teoretiker vid universitetet i Zürich, tillägger: "Nu när vägen för Laser Interferometer Space Antenna (LISA) är utstakad, efter att projektet antogs av ESA i januari förra året, måste gemenskapen utvärdera den bästa strategin för nästa generation av gravitationsvågsdetektorer, i synnerhet vilka frekvensområden de ska rikta in sig på – studier som denna ger en stark motivation att prioritera en design av en deci-Hz-detektor."

Bild https://www.news.uzh.ch/ När ett supermassivt svart hål är på väg att sluka ett annat massivt svart hål kommer detta att sända ut gravitationsvågor, som  krusningar i rumtiden som fortplantar sig genom universum. (Källa: NASA:s Goddard Space Flight Center/Scott Noble; simuleringsdata, d'Ascoli et al. 2018)