用下一代引力波探测器寻找中等大小的黑洞
文章图片
展示了两个黑洞合并并在时空中产生称为引力波的波纹 。
保罗·m·萨特是SUNY石溪和平铁研究所的天体物理学家 ， 《问一个太空人》和《太空电台》的主持人 ， 《如何在太空中死去》的作者他将这篇文章贡献给了太空网的专家之声:论坛版&洞见 。
中等大小的黑洞是宇宙中最难以捉摸的生物之一 。 找到并理解它们将有助于解开超大质量黑洞增长的奥秘 ， 以及巨型黑洞和它们的宿主星系之间的密切关系 。
虽然中等大小的黑洞目前仍难以捉摸 ， 但一组天文学家已经设计出一种策略 ， 当它们撞上其他物体时 ， 可以听到它们发出的引力波 。 但是我们要等一会儿…
中间的神秘
我们宇宙中的黑洞主要有两种类型:相对较小的和绝对巨大的 。 较小的黑洞是由巨星死亡形成的 ， 质量可以在几个到几十个太阳质量之间(其中一个“太阳质量” ， 正如你可能已经猜到的 ， 是太阳的质量) 。 包括银河系在内 ， 每个星系的深处都有数十亿个这样的黑洞 ， 在过去的几十年里 ， 天文学家已经成功地观察到相当多的黑洞 。
然而 ， 巨大的黑洞确实是性质不同的野兽 。 这些东西以惊人的数百万个太阳质量开始 ， 并能轻易地攀升到太阳质量的数千亿倍 。 它们比它们的小兄弟要少得多——每个星系只有一个(或者如果幸运/不幸的话 ， 两个) ， 潜伏在它的中心核心 。
差不多就是这样 。 我们没有看到很多中等大小的黑洞 ， 也被称为中等质量黑洞(也被称为IMBHs) 。 这些是假设的黑洞 ， 被认为重量是太阳质量的几千倍 。 它们是最终的天体物理学“缺失环节”——小黑洞和大黑洞之间的桥梁 。
它们非常非常难找 。
变大——但不要太大
尽管进行了多年的探索 ， 天文学家们仍没有确凿的证据证明任何IMBHs的存在 。 当然 ， 到处都有暗示和迹象——在星团中心有一个奇怪的轨道 ， 一个奇怪的光信号——但没有确定的东西 。
寻找IMBHs的挑战之一是 ， 我们不能确切地确定它们是如何以及在哪里形成的 。 在一个场景中 ， IMBHs充当了大黑洞和小黑洞之间的桥梁 。 可能所有的黑洞都是从小处开始的(嗯 ， 小一点——它们的质量仍然比太阳大很多倍) ， 经过亿万年 ， 它们融合在一起 ， 并以此为食 ， 少数幸运儿膨胀到超大质量的比例 。 根据这个模型 ， IMBHs只是通往伟大之路的一块垫脚石 ， 是巨型黑洞正常进化的一个中间步骤 。
但是它也有可能有自己的形成机制 ， 独立于它们的大小表亲 。 也许在早期宇宙中 ， 巨型恒星形成(比我们今天看到的任何恒星都大得多)并最终坍塌 ， 直接导致数千个太阳质量的黑洞 。
不管是哪种情况 ， 天文学家都认为IMBHs可能在球状星团中 。 球状星团是古老的垂死恒星的球 ， 围绕着一个银河中心运行 ， 就像一个大城市郊区的一个衰败的城镇 。 虽然我们并不完全了解球状星团的起源 ， 但人们认为它们可能是死亡星系的残余核心 ， 通过与较大星系无数次的相互作用 ， 被剥夺了恒星形成能力 。
这就是为什么球状星团可能是建造IMBHs的理想场所:要么是直接在这里形成但从未有机会与超大质量黑洞合并的中等质量黑洞 ， 要么是较小的黑洞开始合并 ， 但由于星团中食物供应有限而停止了 。
兴风作浪
这听起来很棒 ， 但现在只是假设 。 球状星团又暗又远 ， 在它们的中心寻找中等黑洞的迹象是一项极其困难的任务 。 因此天文学家正努力想出探测引力波的方法 ， 最近一个团队提出了一个关于下一代引力波探测器的建议 。
【用下一代引力波探测器寻找中等大小的黑洞】就像他们的超大质量兄弟一样 ， IMBHs偶尔也能吞噬其他星系居民 ， 包括更小的黑洞 。 然而 ， 这是相对罕见的 。 环绕黑洞的轨道稳定得令人沮丧——它们可以绕着彼此旋转数十亿年 。 为了使两个黑洞合并 ， 系统中必须有第三个黑洞 ， 破坏它们轨道的稳定 ， 并触发合并事件的开始 。
天文学家小组估计了这种情况在球状星团内发生的频率 ， 并插入了已知的和估计的恒星数量、小黑洞数量以及理论上存在的IMBHs 。 从那里 ， 他们计算了这些事件产生的引力波的发射 ， 以及这些引力波冲刷地球的频率 。
坏消息是:目前的引力波探测器 ， 如激光干涉仪引力波观测站(LIGO)和处女座 ， 没有探测这些引力波的灵敏度 。
好消息是:新的探测器就在眼前 。
天文学家估计 ， 假设黑洞的质量是太阳的几千倍 ， 计划中的天基探测器激光干涉仪空间天线每年可以发现几十个IMBH合并 。 LIGO甚至有可能一年探测一到两次 ， 但前提是IMBHs大约有100个太阳质量 。
我们对IMBHs了解得越多 ， 我们就越了解黑洞的生长和演化 ， 它们与宿主星系的关系 ， 以及它们在宇宙历史中扮演的角色 。 我们只需要更好的耳朵 。
阅读更多:“用LISA和其他引力波探测器探测银河系球状星团和局部体积中的中等质量黑洞”
推荐阅读
- 番茄芝士薄底披萨做法
- 不用油不用牛奶，教你做蜂蜜蛋糕，蒸或烤都可以，只需4种食材
- 白色的发糕是用什么粉做的，难做吗？
- 春分，快手艾草青团的用料，没有一点难度，软糯可口，超简单又好吃的艾草青团
- 肺部|长期抽烟的人，点烟前牢记几点，或许不用戒烟，肺部也会舒服点！
- 银河系|不用一万光年，银河系就是一座黑暗森林｜近期科技趣评
- 意大利生牛肉沙拉做法
- 想吃点心不用买，教你在家做“驴打滚”，不用烤箱，软糯香甜！
- 家常炖老母鸡，不用炖3小时，教你一妙招，40分钟鸡肉软嫩入味
- 早餐就爱吃菜团子，不用发面，冬天蒸一锅吃的特过瘾，比馒头还香