Одним из самых впечатляющих достижений в физике до сих пор в этом столетии было наблюдение гравитационных волн, рябь в пространстве-времени, которая возникает из-за ускорения масс в космосе. До сих пор было обнаружено пять детекторов гравитационных волн благодаря лазерной обсерватории гравитационно-волновой лазерной интерферометрии, а в последнее время - детектора гравитационных волн в Европе. Используя эти средства, ученые смогли зафиксировать чрезвычайно тонкие сигналы от относительно небольших черных дыр и, по состоянию на октябрь, нейтронных звезд.
Но есть более крупные объекты слияния, чьи гравитационные волновые сигналы еще не обнаружены: сверхмассивные черные дыры, более чем в 100 миллионов раз более массивные, чем наше Солнце. Большинство крупных галактик имеют центральную сверхмассивную черную дыру. Когда галактики сталкиваются, их центральные черные дыры имеют тенденцию к спирали друг к другу, высвобождая гравитационные волны в их космическом танце. Подобно тому, как большое животное, подобное льву, производит более глубокий рев, чем скрипы крошечной мыши, слияние сверхмассивных черных дыр создает волны с более низкой частотой, чем относительно небольшие черные дыры LIGO, и подобные наземные эксперименты могут обнаружить.
«Наблюдение за низкочастотными гравитационными волнами было бы сродни тому, чтобы слышать басовых певцов, а не только сопрано», - сказал главный научный сотрудник NASA «Deep Space Network» Джозеф Лацио, основанный в Лаборатории реактивного движения НАСА, Пасадена, Калифорния, и соавтор нового исследования в области астрономии природы.
Чтобы исследовать эту неизведанную область науки о гравитационных волнах, исследователи смотрят не на человеческие машины, а на естественный эксперимент в небе, называемый пульсарной матрицей. Пульсары - это плотные остатки мертвых звезд, которые регулярно излучают лучи радиоволн, поэтому некоторые называют их «космическими маяками». Поскольку их быстрый импульс радиоизлучения настолько предсказуем, для измерения чрезвычайно тонких аномалий, таких как гравитационные волны, можно использовать большой массив хорошо понятых пульсаров. Североамериканская обсерватория нанографов «Гравитационные волны», центр пограничной физики Национального научного фонда, является одной из ведущих групп исследователей, использующих пульсары для поиска гравитационных волн.
Новое исследование астрономии природы касается сверхмассивных черных дыр - систем двух из этих космических монстров. Впервые исследователи исследовали местную вселенную для галактик, которые, вероятно, будут размещать эти двоичные файлы, затем предсказали, какие пары черных дыр являются наиболее вероятными для слияния и обнаруживаются при этом. В исследовании также оценивается, сколько времени потребуется для обнаружения одного из этих слияний.
«Расширяя наш массив импульсов пульсара в течение следующих 10 лет или около того, существует высокая вероятность обнаружения гравитационных волн, по крайней мере, из одной сверхмассивной черной дыры», - говорит Чиара Мингарелли, ведущий автор исследования, который работал над этим исследованием как Мэри Кюри, докторанта в Caltech и JPL, и теперь находится в Институте Уоллирона в Нью-Йорке.
Мингарелли и его коллеги использовали данные 2 Micron All-Sky Survey (2MASS), которые исследовали небо с 1997 по 2001 год, а также показатели слияния галактик от проекта моделирования Illustris, стремясь сделать крупномасштабное космологическое моделирование. В своей выборке около 5000 галактик ученые обнаружили, что около 90 будут иметь сверхмассивные черные дыры, наиболее вероятно сливающиеся с другой черной дырой.
Многие задаются вопросом о слиянии галактик, что произойдет, когда Млечный путь приблизится к Андромеде, соседней галактике, которая столкнется с нашими примерно через 4 миллиарда лет.
«Обнаружение гравитационных волн от слияния черных дыр от миллиарда солнечных масс поможет разблокировать некоторые из самых стойких головоломок в образовании галактик», - сказал Леонидас Мустакас, научный сотрудник JPL, который написал сопроводительную статью «Новости и мнения» в журнале.
Спасибо за прочтение, дорогой читатель, не забудь поддержать лайком если понравилась статья и подписаться на канал, чтобы не пропускать ничего интересного про космос.