За да намерите гигантски черни дупки, започнете с центъра на нашата Слънчева система

Мрежова структура със Земя в центъра, вълнообразни линии и малки заострени тръби, на мъглив фон.

Концепцията на художника за масив от пулсари, използвани в система за намиране на черни дупки с милиарди пъти масата на нашето слънце. Най -доброто място за начало? Една от идеите е да се използва гравитационният център на нашата Слънчева система. Изображение чрез David Champion/Университет Вандербилт.


Черни дупкиса места, където гравитацията е толкова голяма, че светлината не може да избяга. Theкосмическо времеоколните черни дупки са изкривени. През последните десетилетия астрономите започнаха да вярват, че най -големите черни дупки -свръхмасивенчерни дупки - обитават сърцата на повечето галактики. Всяка от тях е милиони или милиарди пъти масата на нашето слънце. Но много свръхмасивни черни дупки остават неоткрити. Как учените могат да ги открият? Въведетегравитационни вълни, вълнички в пространството -време, теоретизирани още през Алберт Айнщайн, но наблюдавани едва от 2015 г. Астрономите сега казват, че можем да открием свръхмасивни черни дупки, като наблюдаваме ефекта на техните гравитационни вълни върху времето на светлинните светкавици отпулсари. Докато провеждат това изследване, тези учени казват, че са усъвършенствали и нашите познания за гравитационния център - илибарицентър- на нашата слънчева система.

Новото изследване идва отСтивън Тейлър, асистент по физика в Университета Вандербилт и Северноамериканската обсерватория за гравитационни вълни Нанохерц (NANOGrav) сътрудничество. Тейлър обясни в изявление:


Използвайки пулсарите, които наблюдаваме в галактиката Млечен път, се опитваме да бъдем като паяк, седнал в неподвижност в средата на нейната мрежа. Колко добре разбираме барицентъра на слънчевата система е от решаващо значение, докато се опитваме да усетим дори най -малкия изтръпване в мрежата.

Тази нова техника за намиране на свръхмасивни черни дупки бешеобявенона 30 юни 2020 г. от университета Вандербилт.

Theрецензиранхартия, описваща подробно техните констатациипубликуванивАстрофизичният вестникминалия 21 април.

Гравитационните вълни-вълни в пространството-времето-могат да бъдат генерирани от двойки черни дупки, които обикалят една около друга. За да открият тези вълни, Тейлър и колегите му измерват редовните светкавици от пулсари, които санеутронни звездикоито се въртят изключително бързо и изхвърлят лъчи светлина, подобно на космически фар. Изследователите търсят промени в скоростта на пристигане на тези светкавици, използвайки данните на NANOGrav. Подобно на часовниците, които поддържат перфектно времето, известно е, че пулсарите излъчват светкавиците си по изключително правилен начин (поради което при първото им откриване се смяташе, че те могат да бъдат изкуствени сигнали от извънземни). Така че леки отклонения от иначе редовното мигане на пулсар могат да показват преминаването на гравитационни вълни.




Планетите на Слънчевата система са изобразени като на люлка.

Оказва се, че точният гравитационен център - барицентърът - на Слънчевата система не е в средата на слънцето, а по -скоро на около 330 фута (100 метра) над повърхността на слънцето, според новото проучване. Изображение чрез Tonia Klein/ NANOGrav Physics Frontier Center/Университет Вандербилт.

Визявлениеот тези учени, Тейлър каза, че разбирането на точното местоположение набарицентърна Слънчевата система помага при търсенето на гравитационни вълни от свръхмасивни черни дупки. Какво точно представлява барицентърът? Може би знаете, че-както например в системата Земя-Луна-Луната не обикаля около центъра на Земята. Вместо това, както Земята, така и Луната обикалят около барицентъра или общия център на тежестта в системата. В системата Земя-Луна центърът на тежестта или барицентърът е вътре в Земята, но не в центъра на Земята. Това е на около 4 901 мили (4 671 км) от центъра на Земята, или около 75% от пътя от центъра на Земята до нейната повърхност.

По същия начин барицентърът - или центърът на масата - в нашата слънчева система не е в средата на слънцето. Той е близо до повърхността на слънцето, на около 330 фута (100 метра) над повърхността на слънцето, според новото проучване. Изявлението на тези учени нарича тази точка „местоположението на абсолютна тишина в нашата слънчева система“.

Така че разбирането на местоположението на точния гравитационен център на Слънчевата система помага на учените да измерват много леките, но откриваеми промени в пулсарните светкавици, причинени от преминаването на гравитационни вълни. Това местоположение е било оценявано преди, като се използват данни отДоплерово проследяване. Това осигурява местоположението и траекторията на обектите, докато те обикалят около Слънцето. Но това може да доведе до грешки и непоследователни резултати, показващи доказателства за гравитационни вълни, които всъщност не са там. СъавторДжо Саймънказах:


Уловката е, че грешките в масите и орбитите ще се превърнат в артефакти за синхронизиране на пулсарите, които може да изглеждат като гравитационни вълни.

Сини спирали, обграждащи две малки черни кълба със звезди на заден план.

Графично изобразяване на гравитационни вълни, генерирани от две черни дупки, обикалящи една около друга. Изображение чрез LIGO/ Т. Пайл/Наука.

Две черни кълба, вградени в червен диск от материал, обграждащ друго черно кълбо.

Концепцията на художника за особена система от черни дупки, в която 2 малки черни дупки се сливат в диска, заобикалящ трета, супермасивна черна дупка. За да открият най -масивните черни дупки, изследователите измерват времето на светлинните светкавици, идващи от пулсарите, засегнати от гравитационните вълни. Изображение чрезCaltech/ Р. Хърт (IPAC).

Водещ авторМикеле Валиснеридобавено:


Не открихме нищо значително в нашите търсения на гравитационни вълни между моделите на Слънчевата система, но получихме големи системни разлики в нашите изчисления. Обикновено повече данни дават по -точен резултат, но винаги имаше отклонение в нашите изчисления.

И така, как изследователите отчитат предишните грешки и несъответствия и подобряват точността на откриване на гравитационните вълни? Те решиха да опитат различен подход, търсейки гравитационните вълни и точния гравитационен център на Слънчевата система едновременно. И проработи. Те дори успяха да определят точно центъра на тежестта в Слънчевата система с точност до 100 метра! Точният гравитационен център на Слънчевата система не е в центъра на слънцето, както може да се предположи. Всъщност става въпрос само за330 футанад повърхността на слънцето, според хартията. Това разминаване се дължи на влиянието на огромната маса на най -голямата планета, Юпитер. Тейлър каза:

Нашето прецизно наблюдение на пулсари, разпръснати из галактиката, се локализира в космоса по -добре, отколкото някога бихме могли досега. Откривайки гравитационните вълни по този начин, в допълнение към други експерименти, получаваме по -цялостен преглед на всички различни видове черни дупки във Вселената.

Усмихнат мъж със скръстени ръце.

Стивън Тейлър от университета Вандербилт, съавтор на новото изследване. Изображение чрезУниверситет Вандербилт.

Само преди няколко дни беше такасъобщаваче за първи път астрономите са наблюдавали видима светлина от сливане на черна дупка. В тази система две по -малки черни дупки се сливат заедно в диск от материал, заобикалящ свръхмасивна черна дупка 12,8 милиардасветлинни годинидалеч. Такива сливания са били откривани и преди от създаваните от тях гравитационни вълни, но това е първият път, когато се наблюдава и явление на видима светлина, подобно на изблик. Светлината идва от газообразния диск от материал, обграждащ по -голямата черна дупка, а не от самите черни дупки.

NANOGrav ще продължи да събира допълнителни данни за времето на пулсарите и астрономите са уверени, че това ще доведе до недвусмисленото откриване на по -свръхмасивни черни дупки.

В крайна сметка: Ново проучване казва, че най -добрият начин да се намерят най -масивните черни дупки е да се измерват гравитационните вълни в точния гравитационен център на Слънчевата система.

Източник: Моделиране на несигурностите на Ефемеридите на Слънчевата система за надеждни търсения с гравитационни вълни с масиви за синхронизиране на Пулсар

Чрез университета Вандербилт