|
Свидетельства существования черных дыр средней массы
|
|
|
|
В мире черных дыр, как правило, существует три категории размеров: черные дыры звездной массы (примерно в пять-50 раз превышающие массу Солнца), сверхмассивные черные дыры (в миллионы-миллиарды раз превышающие массу Солнца) и черные дыры средней массы с массами где-то посередине.
|
|
|
|
Хотя мы знаем, что черные дыры средней массы должны существовать, мало что известно об их происхождении или характеристиках - они считаются редкими "недостающими звеньями" в эволюции черных дыр.
|
|
|
|
Однако четыре новых исследования пролили новый свет на эту загадку. Исследованием руководила команда из лаборатории доцента физики и астрономии Карана Джани, который также является директором-основателем инициативы "Лунные лаборатории Вандербильта".
|
|
|
|
Основная статья "Свойства "легких" кандидатов в черные дыры средней массы в третьем цикле наблюдений LIGO-Virgo" была опубликована в Astrophysical Journal Letters под руководством постдока Lunar Labs Анджали Еликар и кандидата наук в области астрофизики Кристал Руис-Роча. Команда ученых повторно проанализировала данные с детекторов лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), удостоенной Нобелевской премии, в США и с детектора Virgo в Италии.
|
|
|
|
|
|
|
Исследователи обнаружили, что эти волны соответствуют слияниям черных дыр, масса которых в 100-300 раз превышает массу Солнца, что делает их самыми тяжелыми гравитационно-волновыми событиями, зарегистрированными в астрономии.
|
|
|
|
"Черные дыры - это абсолютные космические ископаемые", - сказал Яни. "Массы черных дыр, о которых сообщается в этом новом анализе, остаются весьма спорными в астрономии. Эта новая популяция черных дыр открывает беспрецедентное окно в историю самых первых звезд, которые осветили нашу Вселенную".
|
|
|
|
Наземные детекторы, такие как LIGO, фиксируют лишь долю секунды окончательного столкновения этих "легких" черных дыр средней массы, что затрудняет определение того, как Вселенная их создает. Чтобы решить эту проблему, лаборатория Яни обратилась к предстоящей миссии Европейского космического агентства и НАСА "Лазерная интерферометрическая космическая антенна" (LISA), запуск которой запланирован на конец 2030-х годов.
|
|
|
|
В двух дополнительных исследованиях, опубликованных в Astrophysical Journal, "Море черных дыр: характеристика сигнатуры LISA для двойных черных дыр звездного происхождения", под руководством Руис-Роча, и "История двух черных дыр: многополосное гравитационно-волновое измерение отдачи", под руководством бывшего летнего исследователя стажер Шобит Ранджан из команды LISA показала, что она может отслеживать эти черные дыры за годы до их слияния, проливая свет на их происхождение, эволюцию и судьбу.
|
|
|
|
Обнаружение гравитационных волн при столкновении черных дыр требует предельной точности — это все равно, что пытаться услышать звук падающей булавки во время урагана. В четвертом исследовании, также опубликованном в Astrophysical Journal, "Без сбоев в матрице: надежная реконструкция сигналов гравитационных волн в условиях шумовых артефактов", команда продемонстрировала, как модели искусственного интеллекта гарантируют, что сигналы от этих черных дыр не будут искажены шумом окружающей среды и детекторов в данных. Статья, подготовленная под руководством аспиранта Чаяна Чаттерджи (Chayan Chatterjee), является продолжением программы Jani "Искусственный интеллект для новых мессенджеров", разработанной в сотрудничестве с Институтом науки о данных (Data Science Institute).
|
|
|
|
"Мы надеемся, что это исследование подтвердит существование черных дыр средней массы как наиболее интересного источника в сети детекторов гравитационных волн от Земли до космоса", - сказал Руис-Роча. "Каждое новое обнаружение приближает нас к пониманию происхождения этих черных дыр и того, почему они попадают в этот загадочный диапазон масс".
|
|
|
|
Продвигаясь вперед, Еликар сказал, что команда изучит, как можно наблюдать черные дыры средней массы с помощью детекторов на Луне.
|
|
|
|
"Доступ к более низким частотам гравитационных волн с поверхности Луны может позволить нам определить среду обитания этих черных дыр - то, что земные детекторы просто не могут обнаружить", — сказала она.
|
|
|
|
В дополнение к продолжению этих исследований, Яни также будет работать с Национальными академиями наук, инженерии и медицины над спонсируемым НАСА исследованием по выявлению наиболее ценных лунных объектов для освоения человеком для решения научных задач десятилетнего уровня.
|
|
|
|
В рамках своего участия в этом исследовании Яни будет участвовать в работе Секции по гелиофизике, физике и естественным наукам, чтобы определить и сформулировать научные задачи, связанные с физикой Солнца, космической погодой, астрономией и фундаментальной физикой, которые были бы наиболее эффективны для исследователей Луны.
|
|
|
|
"Это захватывающий момент в истории — не только для изучения черных дыр, но и для сближения научных рубежей с новой эрой освоения космоса и Луны", - сказал Яни. - У нас есть редкая возможность обучить следующее поколение студентов, чьи открытия будут сделаны на Луне".
|
|
|
|
Источник
|
