Концепт художника иллюстрирует сверхмассивную черную дыру. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех.
Новое исследование разработало инновационный метод обнаружения сталкивающихся сверхмассивных черных дыр в нашей Вселенной. Исследование только что было опубликовано в Астрофизический журнал и возглавлялся докторантом Синцзян Чжу из Центра передового опыта ARC по открытию гравитационных волн (OzGrav) при университете Монаш.
В центре каждой галактики нашей Вселенной живет сверхмассивный черная дыра– черная дыра, масса которой в миллионы или миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. Большие галактики собираются из более мелких галактик, сливающихся вместе, поэтому ожидается, что столкновения сверхмассивных черных дыр будут обычным явлением в космосе. Но слияние сверхмассивных черных дыр остается неуловимым: до сих пор не найдено убедительных доказательств их существования.
Один из способов увидеть эти слияния – выбросить гравитационные волны– рябь в ткани пространства и времени. Далекие сливающиеся пары сверхмассивных черных дыр излучают гравитационные волны, вращаясь по спирали вокруг друг друга. Поскольку черные дыры очень большие, каждая волна проходит мимо Земли за много лет. Астрономы используют метод, известный как пульсар временный массив для улавливания гравитационных волн от сверхмассивных двойных черных дыр – пока безрезультатно.
Параллельно астрономы искали столкновение сверхмассивных черных дыр со светом. Ряд кандидатов в источники был идентифицирован путем поиска регулярных флуктуаций яркости далеких галактик, называемых «квазарами». Квазары чрезвычайно яркие, и считается, что они питаются от скопления газовых облаков на сверхмассивных черных дырах.
Если в центре квазара находятся две черные дыры, вращающиеся вокруг друг друга (вместо одной черной дыры), орбитальное движение может изменить скопление газового облака и привести к периодическому изменению его яркости. Сотни кандидатов были идентифицированы с помощью таких поисков, но астрономам еще предстоит найти сигнал дымящегося пистолета.
«Если мы сможем найти пару сливающихся сверхмассивных черных дыр, это не только расскажет нам, как развивались галактики, но и покажет ожидаемую мощность сигнала гравитационных волн для наблюдателей за пульсарами», – говорит Чжу.
Исследование OzGrav направлено на урегулирование споров, определяя, может ли какой-либо из идентифицированных квазаров питаться от сталкивающихся черных дыр. Вердикт? Возможно нет.
«Мы разработали новый метод, позволяющий одновременно искать периодический сигнал и измерять шумовые свойства квазара», – говорит Чжу. «Следовательно, он должен давать надежную оценку статистической значимости обнаруженного сигнала».
Применяя этот метод к одному из наиболее известных источников кандидатов, названному PG1302-102, исследователи обнаружили убедительные доказательства периодической изменчивости; однако они утверждали, что сигнал, вероятно, будет более сложным, чем существующие модели.
«Общепринятая модель шума квазаров неверна», – добавляет Чжу. «Данные показывают дополнительные особенности в случайных флуктуациях скопления газа на сверхмассивных черных дырах».
«Наши результаты показывают, что квазары сложны», – говорит соавтор и главный исследователь OzGrav Эрик Трейн. «Нам нужно будет улучшить наши модели, если мы собираемся использовать их для идентификации сверхмассивных двойных черных дыр».
Источник: «К однозначной идентификации сверхмассивных двойных черных дыр посредством байесовского вывода» Син-Цзян Чжу и Эрика Трейна, 8 сентября 2020 г., Астрофизический журнал.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / abac5a
