Przejdź do treści

Wykrywanie zderzających się supermasywnych czarnych dziur: poszukiwania trwają

Wizja artystyczna supermasywnej czarnej dziury.

W ramach nowego badania opracowano innowacyjną metodę wykrywania zderzających się supermasywnych czarnych dziur. Badanie zostało opublikowane w "Astrophysical Journal" i było prowadzone przez dr. Xingjiang Zhu z OzGrav.

W centrum każdej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura – czyli taka, która ma masę od milionów do miliardów razy większą od Słońca. Duże galaktyki składają się z mniejszych galaktyk, które się ze sobą łączą, więc oczekuje się, że zderzenia supermasywnych czarnych dziur będą powszechne. Jednak proces ten pozostaje nieuchwytny: jak dotąd nie znaleziono żadnych rozstrzygających dowodów na jego istnienie.

Jednym ze sposobów poszukiwania takich połączeń jest wykrywanie emitowanych przez nie fal grawitacyjnych – zmarszczek czasoprzestrzeni. Odległa, łącząca się para supermasywnych czarnych dziur, krążących wokół siebie, emituje fale grawitacyjne. Ponieważ czarne dziury są tak duże, każdej fali dotarcie do Ziemi zajmuje wiele lat.

Astronomowie szukali oznak zderzania się supermasywnych czarnych dziur także w świetle widzialnym. Zostało zidentyfikowanych mnóstwo potencjalnych źródeł, poprzez poszukiwanie regularnych fluktuacji jasności odległych galaktyk, zwanych kwazarami. Kwazary są niezwykle jasne i uważa się, że są napędzane przez gromadzenie się obłoków gazu na supermasywnych czarnych dziurach.

Jeżeli w centrum kwazara znajdują się dwie czarne dziury, krążące wokół siebie (zamiast pojedynczej czarnej dziury), ruch orbitalny może zmienić akumulację obłoku gazu i prowadzić do okresowych zmian w jego jasności. Podczas takich poszukiwań zidentyfikowano setki kandydatów, ale astronomowie nie znaleźli jeszcze sygnału.

„Jeżeli uda nam się znaleźć parę łączących się supermasywnych czarnych dziur, to nie tylko powie nam o tym, jak ewoluowały galaktyki, ale ujawni także spodziewaną siłę sygnału fal grawitacyjnych dla obserwatorów pulsarów” – powiedział Zhu.

Naukowcy opracowali nową metodę, która pozwoli wyszukiwać okresowe sygnały i jednocześnie mierzyć właściwości szumów kwazara, dlatego powinna dawać wiarygodne oszacowanie statystycznej ważności wykrytego sygnału.

Stosując tę metodę do jednego z najważniejszych kandydatów na źródło, nazwanego PG1302-102, naukowcy znaleźli mocne dowody na okresową zmienność; argumentowali jednak, że sygnał będzie prawdopodobnie bardziej skomplikowany, niż przewidują obecne modele.

„Powszechnie przyjęty model szumu kwazara jest błędny. Dane ujawniają dodatkowe cechy w przypadkowych fluktuacjach gromadzenia się gazu na supermasywnych czarnych dziurach” – dodaje Zhu.

„Nasze wyniki pokazują, że kwazary są skomplikowane. Będziemy musieli ulepszyć nasze modele, jeżeli zamierzamy ich używać do identyfikacji układów podwójnych supermasywnych czarnych dziur” – mówi współpracownik i główny badacz OzGrav, Eric Thrane.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej informacji:
Detecting colliding supermassive black holes: the search continues

Toward the Unambiguous Identification of Supermassive Binary Black Holes through Bayesian Inference

Źródło: OzGrav

Na ilustracji: Wizja artystyczna supermasywnej czarnej dziury. Źródło: NASA/JPL/CALTECH