Space & Astronomy 4 август 2025 г. · 0 коментара
Ловът е за междинни черни дупки. Кредит за изображение: CC BY-SA 2.5 Alain R
Тези загадъчни предмети седят някъде между редовни черни дупки и свръхмасивни черни дупки.
Бил Смит, Каран Джани и Кристал Руиз-Роша: Черните дупки са масивни, странни и невероятно мощни астрономически предмети. Учените знаят, че свръхмасивните черни дупки пребивават в центровете на повечето галактики.
И те разбират как определени звезди формират сравнително по -малките черни дупки на звездна маса, след като стигнат до края на живота си. Разбирането как по -малките звездни масови черни дупки биха могли да образуват свръхмасивните черни дупки, помага на астрономите да научат как Вселената расте и се развива.
Но има отворен въпрос в изследването на Black Hole: Ами черните дупки с маси между тях? Те са много по -трудни за намиране от техните звездни и свръхмасивни връстници, в обхват на размера от няколкостотин до няколкостотин хиляди пъти повече от масата на Слънцето.
Ние сме екип от астрономи, които търсят тези между черните дупки, наречени междинни черни дупки. В нова книга двама от нас (Кристал и Каран) си партнирахме с група изследователи, включително докторантура Анджали Йеликар, за да разгледаме пулсации в пространството време, за да забележим няколко от тези неуловими черни дупки, които се сливат.
Изведете ме на (гравитационна вълна) игра с топка
За да придобиете интуитивна идея за това как учените откриват черни дупки на звездна маса, представете си, че сте в бейзболна игра, където седите непосредствено зад голяма бетонна колона и не можете да видите диаманта. Още по -лошото е, че тълпата е оглушително силна, така че е почти невъзможно да се види или чуе играта.
Но вие сте учен, така че изваждате висококачествен микрофон и компютъра си и напишете компютърен алгоритъм, който може да взема аудио данни и да отдели шума на тълпата от „тупането“ на прилеп, удрящ топка.
Започвате да записвате и с достатъчно практика и актуализации на хардуера и софтуера си можете да започнете да следвате играта, като получавате представа кога е ударена топка, в каква посока върви, когато удари ръкавица, където краката на бегачите се набиват в мръсотията и други.
Наистина, това е предизвикателен начин да гледате игра на бейзбол. Но за разлика от бейзбола, когато наблюдаваме Вселената, понякога предизвикателният начин е всичко, което имаме.
Този принцип на запис на звук и използване на компютърни алгоритми за изолиране на определени звукови вълни, за да се определи какви са и откъде идват, е подобен на това как астрономите като нас изучават гравитационните вълни. Гравитационните вълни са пулсации в пространството-време, които ни позволяват да наблюдаваме обекти като черни дупки.
А сега си представете, че прилагате различен звуков алгоритъм, тествайки го в няколко подавания на играта и намиране на определен хит, който не можеше да се произведе правна комбинация от прилепи и топки. Представете си, че данните предполагат, че топката е по -голяма и по -тежка, отколкото може да бъде законният бейзбол. Ако нашата хартия беше за бейзболна игра, вместо за гравитационни вълни, това бихме намерили.
Слушане на гравитационни вълни
Докато настройката за запис на бейзбол е създадена специално, за да чуе звуците на бейзболна игра, учените използват специализирана обсерватория, наречена обсерватория за гравитационна вълна на лазерната интерферометър или лиго, за да наблюдават „звука“ на два черни дупки, които се сливат във Вселената.
Учените търсят гравитационните вълни, които можем да измерим с помощта на LIGO, който има една от най-умопомрачително напредналите лазерни и оптични системи, създавани някога.
Във всяко събитие два „родителски“ черни дупки се сливат в една, по -масивна черна дупка. Използвайки данни за лиго, учените могат да разберат къде и колко далеч са се случили сливането, колко масивни са родителите и произтичащите от това черни дупки, коя посока в небето се е случило сливането и други ключови подробности.
Повечето от родителските черни дупки в събитията за сливане първоначално се формират от звезди, които са достигнали края на живота си – това са черни дупки от звездна маса.
Масовата разлика в черната дупка
Не всяка умираща звезда може да създаде черна дупка на звездна маса. Тези, които го правят, обикновено са между около 20 до 100 пъти повече от масата на Слънцето. Но поради сложната ядрена физика, наистина масивните звезди избухват различно и не оставят след себе си никакъв остатък, черна дупка или по друг начин.
Тези физики създават това, което ние наричаме „масова пропаст“ в черни дупки. По -малка черна дупка вероятно се образува от умираща звезда. Но ние знаем, че черна дупка, по -масивна от около 60 пъти по -голяма от размера на слънцето, докато не е свръхмасивна черна дупка, все още е твърде голяма, за да се оформи директно от умираща звезда.
Точното прекъсване на разликата в масата все още е малко несигурно и много астрофизици работят върху по -прецизни измервания. Ние обаче сме уверени, че съществуват масови пропуски и че сме в топката на границата.
Ние наричаме черни дупки в тази пролука Lite Междинна маса Черни дупки или Lite IMBHS, защото те са най -малко масивните черни дупки, които очакваме да съществуват от източници, различни от звезди. Те вече не се считат за черни дупки на звездна маса.
Наричането им „междинно“ също не улавя съвсем защо са специални. Те са специални, защото са много по -трудни за намиране, астрономите все още не са сигурни какви астрономически събития могат да ги създадат и запълват празнина в знанията на астрономите за това как Вселената расте и се развива.
Доказателство за IMBHS
В нашето изследване анализирахме 11 кандидати за сливане на черни дупки от третото наблюдение на Лиго. Тези кандидати вероятно са сигнали на гравитационни вълни, които изглеждаха обещаващи, но все пак се нуждаят от повече анализ, за да потвърдят окончателно.
Данните предполагат, че за тези 11 анализирахме, последната им черна дупка след сливане може да е била в обхвата на Lite IMBH. Открихме пет черни дупки след сливане, че нашият анализ е 90% уверен, че са Lite IMBHS.
Още по -критично установихме, че едно от събитията има родителска черна дупка, която беше в обхвата на масовата пропаст, а две имаха черни дупки на родители над обхвата на масовата пропаст. Тъй като знаем, че тези черни дупки не могат да дойдат директно от звезди, тази констатация подсказва, че Вселената има някакъв друг начин за създаване на черни дупки, които са толкова масивни.
Родителска черна дупка Тази масивна може би вече е продукт на други две черни дупки, които се сливат в миналото, така че наблюдението на повече IMBH може да ни помогне да разберем колко често черните дупки са в състояние да се „намерят“ един друг и да се слеят във Вселената.
Ligo е в крайните етапи на четвъртия си наблюдателен цикъл. Тъй като тази работа използва данни от третия наблюдателен цикъл, ние сме развълнувани да приложим нашия анализ към този нов набор от данни. Очакваме да продължим да търсим Lite IMBHS и с тези нови данни ще подобрим разбирането си за това как да по -уверено да „чуем“ тези сигнали от по -масивни черни дупки над целия шум.
Надяваме се тази работа не само да засили случая за Lite IMBHs като цяло, но помага да се хвърли повече светлина върху това как се формират.
Доктор Бил Смит. Кандидат по физика и астрономия, Университет Вандербилт; Каран Яни, асистент по физика и астрономия, университет Вандербилт и Кристал Руис-Рча, д-р. Кандидат по физика и астрономия, Университет Вандербилт
Тази статия е преиздадена от разговора под лиценз Creative Commons.
Прочетете оригиналната статия.
Източник: Разговорът | Коментари (0)