Используя данные радиотелескопа CSIRO Parkes, астрономы используют гравитационные волны, чтобы лучше понять рост массивных черных дыр.
Сверхмассивные черные дыры: у каждой большой галактики есть одна. Но вот настоящая головоломка: как они стали такими большими?
В статье, опубликованной в сегодняшнем выпуске журнала «Наука», передовые идеи о росте сверхмассивных черных дыр сопоставляются с данными наблюдений — пределом силы гравитационных волн, полученным с помощью радиотелескопа CSIRO Parkes в восточной Австралии.
«Впервые мы смогли использовать информацию о гравитационных волнах для изучения другого аспекта Вселенной — роста массивных черных дыр», — соавтор доктор Рамеш Бхат из узла Университета Кертина Международного центра радио. Астрономические исследования ( ICRAR ).
«Черные дыры почти невозможно наблюдать непосредственно, но вооружившись этим мощным новым инструментом, мы переживаем несколько захватывающих моментов в астрономии. Одна модель того, как растут черные дыры, уже сброшена со счетов, и теперь мы собираемся начать смотреть на другие ».
Исследование было проведено совместно доктором Райаном Шенноном, докторантом CSIRO, и г-ном Викрамом Рави, докторантом PhD под совместным руководством Университета Мельбурна и CSIRO.
Эйнштейн предсказал гравитационные волны — рябь в пространстве-времени, порожденную массивными телами, меняющими скорость или направление, телами, подобными парам черных дыр, вращающихся вокруг друг друга.
Когда галактики сливаются, их центральные черные дыры обречены на встречу. Сначала они вместе вальсируют, затем впадают в отчаянные объятия и сливаются.
«Когда черные дыры приближаются к встрече, они испускают гравитационные волны с той частотой, которую мы должны быть в состоянии обнаружить», — сказал доктор Бхат.
Разыгрываемые снова и снова по всей Вселенной, такие встречи создают фон гравитационных волн, как шум беспокойной толпы.
Астрономы искали гравитационные волны с помощью радиотелескопа Parkes и набора из 20 маленьких вращающихся звезд, называемых пульсарами.
Пульсары действуют как чрезвычайно точные часы в космосе. Время прибытия их импульсов на Землю измеряется с исключительной точностью с точностью до одной десятой микросекунды.
Когда волны проходят через область пространства-времени, они временно увеличивают или уменьшают расстояния между объектами в этой области, изменяя время прибытия импульсов на Землю.
Массив Parkes Pulsar Timing (PPTA) и более раннее сотрудничество между CSIRO и Университетом Суинберн вместе предоставляют данные о сроках за почти 20 лет. Этого недостаточно для непосредственного обнаружения гравитационных волн, но команда говорит, что теперь они находятся в правильном поле.
«Результаты PPTA показывают нам, насколько низок фоновый уровень гравитационных волн», — сказал доктор Бхат.
«Сила фона гравитационных волн зависит от того, как часто сверхмассивные черные дыры объединяются в спирали и сливаются, насколько они массивны и как далеко они находятся. Поэтому, если фон низкий, это накладывает ограничение на один или несколько из этих факторов ».
Вооружившись данными PPTA, исследователи протестировали четыре модели роста черной дыры. Они фактически исключили черные дыры, набирающие массу только благодаря слияниям, но другие три модели все еще возможны.
Доктор Бхат также сказал, что в будущем для поддержки проекта PPTA будет использоваться радиотелескоп Murchison Widefield Array (MWA), возглавляемый Университетом Кертина.
«Большой обзор неба MWA можно использовать для наблюдения сразу нескольких пульсаров, добавляя ценные данные в проект PPTA, а также собирая интересную информацию о пульсарах и их свойствах», — сказал д-р Bhat.
Публикация : Р. М. Шеннон и др. «Пределы гравитационных волн от пульсарной синхронизации, ограничивающей эволюцию сверхмассивной черной дыры», Science, 18 октября 2013 г .: Vol. 342 нет. 6156, стр. 334-337; DOI: 10.1126 / science.1238012.