|
Познакомьтесь с черными дырами среднего размера
|
|
|
|
Черные дыры - это массивные, странные и невероятно мощные астрономические объекты. Ученым известно, что сверхмассивные черные дыры находятся в центрах большинства галактик. И они понимают, как некоторые звезды после завершения своего жизненного цикла образуют черные дыры сравнительно меньшей звездной массы. Понимание того, как черные дыры меньшей звездной массы могут образовывать сверхмассивные черные дыры, помогает астрономам узнать о том, как растет и эволюционирует Вселенная.
|
|
|
|
Но в исследованиях черных дыр остается открытым вопрос: как насчет черных дыр с промежуточными массами? Их гораздо труднее обнаружить, чем их звездные и сверхмассивные аналоги, масса которых от нескольких сотен до нескольких сотен тысяч раз превышает массу Солнца.
|
|
|
|
Мы - команда астрономов, которые занимаются поиском этих промежуточных черных дыр, называемых промежуточными черными дырами. В новой статье мы вдвоем (Кристал и Каран) объединились с группой исследователей, в том числе с постдокторским исследователем Анджали Еликар, чтобы изучить рябь в пространстве-времени и обнаружить слияние нескольких из этих неуловимых черных дыр.
|
|
|
|
Сходите со мной на игру в гравитационно-волновой мяч
|
|
|
|
Чтобы получить интуитивное представление о том, как ученые обнаруживают черные дыры звездной массы, представьте, что вы на бейсбольном матче, где вы сидите прямо за большой бетонной колонной и не видите бриллиант. Хуже того, толпа оглушительно шумит, так что увидеть или услышать игру практически невозможно.
|
|
|
|
|
|
|
Но вы ученый, поэтому вы берете высококачественный микрофон и компьютер и пишете компьютерный алгоритм, который может принимать аудиоданные и отделять шум толпы от "стука" биты по мячу.
|
|
|
|
Вы начинаете записывать, и, попрактиковавшись и обновив свое оборудование и программное обеспечение, вы можете начать следить за ходом игры, получая представление о том, когда по мячу наносится удар, в каком направлении он летит, когда попадает в перчатку, где ноги бегунов попадают в грязь и многое другое.
|
|
|
|
Следует признать, что смотреть бейсбольный матч таким способом непросто. Но, в отличие от бейсбола, при наблюдении за Вселенной иногда все, что у нас есть, - это сложный способ.
|
|
|
|
Этот принцип записи звука и использования компьютерных алгоритмов для выделения определенных звуковых волн, чтобы определить, что это такое и откуда они исходят, аналогичен тому, как астрономы вроде нас изучают гравитационные волны. Гравитационные волны - это рябь в пространстве-времени, которая позволяет нам наблюдать такие объекты, как черные дыры.
|
|
|
|
Теперь представьте, что вы применили другой звуковой алгоритм, протестировали его на нескольких подачах игры и обнаружили конкретный удар, который не могла бы нанести никакая разрешенная комбинация бит и мячей. Представьте, что данные свидетельствуют о том, что мяч был больше и тяжелее, чем может быть разрешенный бейсбольный мяч. Если бы наша статья была посвящена бейсбольному матчу, а не гравитационным волнам, мы бы обнаружили именно это.
|
|
|
|
Прислушиваемся к гравитационным волнам
|
|
|
|
В то время как установка для записи бейсбола разработана специально для прослушивания звуков бейсбольного матча, ученые используют специализированную обсерваторию под названием Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория, или LIGO, для наблюдения за "звуком" слияния двух черных дыр во Вселенной.
|
|
|
|
Ученые ищут гравитационные волны, которые мы можем измерить с помощью LIGO, обладающей одной из самых умопомрачительно совершенных лазерных и оптических систем, когда-либо созданных.
|
|
|
|
В каждом случае две "родительские" черные дыры сливаются в одну, более массивную черную дыру. Используя данные LIGO, ученые могут выяснить, где и как далеко произошло слияние, насколько массивны родительские черные дыры и образовавшиеся в результате черные дыры, в каком направлении на небе произошло слияние и другие ключевые детали.
|
|
|
|
Большинство родительских черных дыр в результате слияния изначально образуются из звезд, срок службы которых подошел к концу, — это черные дыры звездной массы.
|
|
Разрыв в массе черных дыр
|
|
|
|
Не каждая умирающая звезда может создать черную дыру звездной массы. Те, которые это делают, обычно в 20-100 раз больше массы Солнца. Но из-за сложной ядерной физики по-настоящему массивные звезды взрываются по-другому и не оставляют после себя никаких остатков, будь то черная дыра или что-то еще.
|
|
|
|
Эти физические явления создают то, что мы называем "разрывом массы" в черных дырах. Черная дыра меньшего размера, вероятно, образовалась из умирающей звезды. Но мы знаем, что черная дыра, масса которой примерно в 60 раз превышает размер Солнца, хотя и не является сверхмассивной черной дырой, все же слишком велика, чтобы образоваться непосредственно из умирающей звезды.
|
|
|
|
Точная граница разрыва в массе все еще остается неопределенной, и многие астрофизики работают над более точными измерениями. Однако мы уверены, что разрывы в массе существуют и что мы находимся в непосредственной близости от границы.
|
|
|
|
Мы называем черные дыры в этом промежутке черными дырами средней массы lite или lite IMBH, потому что они являются наименее массивными черными дырами, существование которых мы ожидаем от источников, отличных от звезд. Они больше не считаются черными дырами звездной массы.
|
|
|
|
Называя их "промежуточными", также не совсем понятно, почему они такие особенные. Они особенные, потому что их гораздо труднее найти. Астрономы до сих пор не уверены, какие астрономические события могли их породить, и они заполняют пробел в знаниях астрономов о том, как растет и эволюционирует Вселенная.
|
|
Доказательства существования IMBHs
|
|
|
|
В нашем исследовании мы проанализировали 11 кандидатов на слияние черных дыр, полученных в ходе третьего цикла наблюдений LIGO. Возможно, эти кандидаты были сигналами гравитационных волн, которые выглядели многообещающими, но все еще нуждались в дополнительном анализе для окончательного подтверждения.
|
|
|
|
Полученные данные свидетельствуют о том, что для тех 11 черных дыр, которые мы проанализировали, их конечная черная дыра после слияния, возможно, находилась в диапазоне lite IMBH. Мы обнаружили пять черных дыр после слияния, которые, по нашему анализу, с уверенностью на 90% относились к категории lite IMBH.
|
|
|
|
Что еще более важно, мы обнаружили, что в одном из событий родительская черная дыра находилась в диапазоне разрыва массы, а в двух - родительские черные дыры находились выше диапазона разрыва массы. Поскольку мы знаем, что эти черные дыры не могут образовываться непосредственно из звезд, это открытие говорит о том, что у Вселенной есть какой-то другой способ создания черных дыр такой массы.
|
|
|
|
Родительская черная дыра такой массы уже может быть продуктом слияния двух других черных дыр в прошлом, поэтому наблюдение за большим количеством IMBH может помочь нам понять, как часто черные дыры способны "находить" друг друга и сливаться во Вселенной.
|
|
|
|
LIGO находится на завершающей стадии четвертого цикла наблюдений. Поскольку в этой работе использовались данные третьего цикла наблюдений, мы рады применить наш анализ к этому новому набору данных. Мы ожидаем продолжения поиска легких IMBH, и с помощью этих новых данных мы улучшим наше понимание того, как более уверенно "слышать" эти сигналы от более массивных черных дыр, несмотря на весь шум.
|
|
|
|
Мы надеемся, что эта работа не только подкрепит доводы в пользу облегченных IMBH в целом, но и поможет пролить больше света на то, как они формируются.
|
|
|
|
Источник
|
