Международная группа исследователей, включая учёных из Цюрихского университета, предложила инновационный метод обнаружения пар крупнейших чёрных дыр, расположенных в центрах галактик. Этот подход основан на анализе гравитационных волн, генерируемых двойными системами близких небольших звездных чёрных дыр. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Происхождение сверхмассивных чёрных дыр, обнаруженных в центрах галактик, остаётся одной из самых больших загадок в астрономии. Существует две основные теории их образования: они могли быть массивными с момента рождения Вселенной или постепенно расти, аккрецируя материю и другие чёрные дыры. Когда две сверхмассивные чёрные сливаются, они генерируют гравитационные волны — рябь в пространстве-времени, распространяющуюся по Вселенной.

Хотя гравитационные волны были недавно обнаружены, современные детекторы не чувствительны к очень низким частотам, которые испускают пары больших чёрных дыр. Планируемые будущие детекторы, такие как космическая миссия LISA под руководством ЕКА, частично решат эту проблему, но обнаружение самых массивных пар чёрных дыр всё ещё будет затруднено.

Международная группа астрофизиков, возглавляемая бывшими студентами Цюрихского университета, предложила новый метод обнаружения пар крупнейших чёрных дыр путём анализа гравитационных волн, генерируемых двойными системами небольших чёрных дыр звёздно массы. Этот подход потребует детектора гравитационных волн с частотой деци-Гц и позволит обнаружить крупнейшие двойные сверхмассивные чёрные дыры, которые в противном случае могли бы остаться необнаруженными.

Якоб Штегманн, ведущий автор исследования, объяснил: «Наша идея работает как прослушивание радиоканала. Мы предлагаем использовать сигнал от пар небольших чёрных дыр аналогично тому, как радиоволны переносят сигнал».

Результаты, полученные с помощью массивов пульсарных хронометров, уже подтверждают существование сливающихся сверхмассивных двойных чёрных дыр. Однако эти доказательства косвенные и исходят из коллективного сигнала многих далёких двойных систем. Предложенный метод обнаружения отдельных сверхмассивных двойных чёрных дыр использует тонкие изменения, которые они вызывают в гравитационных волнах, испускаемых парой соседних небольших чёрных дыр звёздной массы.

Лусио Майер, соавтор исследования и теоретик черных дыр в Цюрихском университете, добавил: «Поскольку миссия космической антенны с лазерным интерферометром (LISA) теперь определена после принятия ЕКА в январе прошлого года, необходимо оценить наилучшую стратегию для следующего поколения детекторов гравитационных волн, в частности, на какой диапазон частот они должны быть нацелены. Подобные исследования дают сильную мотивацию для того, чтобы отдать приоритет проектированию детектора с частотой деци-Гц».

Учёные уверены, что предложенный метод позволит обнаружить ранее скрытые сверхмассивные двойные чёрные дыры с массой от 10 миллионов до 100 миллионов масс нашего Солнца, даже на огромных расстояниях.