Jak odhalit skryté supermasivní černé díry

Astronomové se zabývají původem supermasivních černých děr a jako klíčový nástroj využívají nedávné detekce gravitačních vln. Výzkumníci doufají, že díky využití signálů z menších černých děr se jim podaří detekovat hůře zachytitelné vlny ze supermasivních párů a odhalit tak tajemství jejich vzniku a růstu.

Odhalení tajemství supermasivních černých děr
Původ supermasivních černých děr v centrech galaxií zůstává jednou z největších záhad astronomie. Tyto kolosální objekty se mohly zrodit v raném vesmíru nebo se časem zvětšily spotřebováním hmoty z okolí a splynutím s jinými černými dírami. Když je supermasivní černá díra na pokraji splynutí s jinou masivní černou dírou, vytváří gravitační vlny – vlnění v časoprostoru, které se šíří napříč vesmírem.

Přestože byly nedávno detekovány gravitační vlny pomocí speciálních detektorů, tyto signály dosud pocházely pouze z malých černých děr, pozůstatků zhroucených hvězd. Detekce vln z větších párů černých děr zůstává pro současnou techniku nedostupná, protože vyzařují na extrémně nízkých frekvencích, které dnešní přístroje zatím nedokážou zachytit. Očekává se, že budoucí pokroky, jako je například připravovaná vesmírná mise LISA pod vedením ESA, zlepší citlivost na tyto nízkofrekvenční vlny. I přes tento pokrok však bude identifikace signálů z nejhmotnějších párů černých děr nadále představovat značnou výzvu.

Nový přístup k dekódování skrytých signálů
„Náš nápad funguje v podstatě jako poslech rozhlasového vysílání. Navrhujeme využít signál z dvojic malých černých děr podobně, jako signál přenášejí rádiové vlny. Supermasivní černé díry jsou hudbou, která je zakódována ve frekvenční modulaci (FM) detekovaného signálu,“ řekl Jakob Stegmann, hlavní autor studie a postdoktorand na MPA (Max Planck Institute for Astrophysics). „Novým aspektem této myšlenky je využití vysokých frekvencí, které lze snadno detekovat, ke zkoumání nižších frekvencí, na které zatím není naše technika citlivá.“

Výsledkem je scénář, ve kterém se malá binární černá díra („Compact binary“) nachází ve stejné galaxii jako supermasivní binární černá díra („SMBHB“). Detekce modulací v gravitačně-vlnovém signálu z malé binární černé díry by mohla nepřímo odhalit přítomnost supermasivní binární černé díry.

Průkopnické metody pro budoucí objevy
Navrhovaná metoda detekce dvojitých supermasivních černých děr využívá jemných změn, které způsobují v gravitačních vlnách vysílaných dvojicí blízkých černých děr o malé hvězdné hmotnosti. Dvojice malých černých děr účinně funguje jako maják odhalující existenci větších černých děr. Detekcí drobných modulací v signálech z malých dvojic černých děr by tak vědci mohli identifikovat dosud skryté supermasivní dvojice černých děr s hmotnostmi 10 až 100 milionů hmotností našeho Slunce, a to i na obrovské vzdálenosti.

Důsledky pro detektory nové generace
Lucio Mayer, který je spoluautorem studie a teoretikem černých děr na Curyšské univerzitě, dodal: „Vzhledem k tomu, že cesta pro laserovou interferometrickou vesmírnou anténu LISA je po schválení ESA v lednu loňského roku již stanovena, musí komunita vyhodnotit nejlepší strategii pro následující generaci gravitačních detektorů, především na jaký frekvenční rozsah se zaměřit – studie, jako je tato, přinášejí silnou motivaci k upřednostnění designu detektorů o frekvenci deka-Hz.“

„Tento článek představuje velmi skvělý a chytrý nápad, který je sice stále ještě sci-fi, dokud nebudeme mít deka-Hz detektor,“ říká Selma E. de Mink, ředitelka MPA, která se na této práci nepodílí, „ale pokud chceme mít šanci vyřešit největší záhady ve vesmíru, opravdu potřebujeme kreativní a neotřelé nápady, jako je tento.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/scientists-just-discovered-a-new-way-to-spot-hidden-supermassive-black-holes/

autor: František Martinek