科学家找到探测隐藏超大质量黑洞的新方法

科学家们正在利用最近的引力波探测作为关键工具，深入研究超大质量黑洞的起源。通过利用来自较小黑洞的信号，研究人员希望探测到来自超大质量黑洞对的较难捕捉的引力波，从而有可能揭开它们形成和成长的秘密。

模拟两个相撞的超大质量黑洞发射引力波，这种新方法可以探测到引力波。 图片来源：NASA戈达德太空飞行中心/Scott Noble；模拟数据，d'Ascoli等人，2018年。

位于星系中心的超大质量黑洞的起源仍然是天文学最大的谜团之一。 这些巨大的实体可能是在宇宙早期诞生的，也可能是在吞噬物质和与其他黑洞合并的过程中逐渐长大的。 当一个超大质量黑洞即将与另一个大质量黑洞合并时，它会产生引力波--穿越宇宙的时空涟漪。

虽然最近探测到了引力波，但迄今为止这些信号只来自小型黑洞，即恒星坍缩的残余物。 探测来自较大黑洞对的引力波对目前的技术来说仍然是遥不可及的，因为它们发出的引力波频率极低，目前的仪器无法探测到。 未来的进步，如欧空局领导的空间任务 LISA，有望提高对这些低频波的灵敏度。 然而，即使取得了这些进展，识别来自质量最大的黑洞对的信号仍将面临巨大挑战。

"我们的想法基本上就像收听无线电频道一样。 我们建议使用来自成对小黑洞的信号，类似于无线电波携带信号的方式。 "这项研究的第一作者、MPA 博士后研究员 Jakob Stegmann 说："超大质量黑洞就是编码在探测到的信号的频率调制（FM）中的音乐。这个想法的新颖之处在于利用容易探测到的高频率来探测我们还不敏感的低频率。"

所研究的情况是，一个小型双黑洞（"紧凑型双黑洞"）与一个超大质量双黑洞（"SMBHB"）位于同一个星系中。 探测来自小型双黑洞的引力波信号的调制可以间接揭示超大质量双黑洞的存在。 资料来源：Lorenz Zwick

最近从脉冲星定时阵列得到的结果已经证明了合并的超大质量黑洞双星的存在。 然而，这些证据都是间接的，它们来自许多遥远双星的集体信号，而这些信号实际上会产生背景噪声。

我们提出的探测单个超大质量黑洞双星的方法，利用了它们对附近一对小恒星质量黑洞发出的引力波造成的微妙变化。 小黑洞双星有效地起到了灯塔的作用，揭示了大黑洞的存在。 通过探测小黑洞双星信号中的微小调制，科学家们可以发现以前被隐藏起来的超大质量黑洞双星，它们的质量是太阳的 1000 万倍到 1 亿倍不等，甚至在遥远的距离上也能发现。

这项研究的共同作者、苏黎世大学黑洞理论家卢西奥-迈尔（Lucio Mayer）补充说："在欧空局于今年 1 月通过激光干涉仪空间天线（LISA）之后，激光干涉仪空间天线（LISA）的发展方向已经确定，因此，社会各界需要评估下一代引力探测器的最佳策略，首先是重点关注哪个频率范围--像这样的研究为优先设计十亿赫兹探测器带来了强大的动力。"

MPA主任塞尔玛-德-明克（Selma E. de Mink）没有参与这项工作，她说："这篇论文提出了一个非常酷、非常聪明的想法，在我们拥有一个十赫兹探测器之前，这个想法仍然是科幻小说，但是，如果我们想有机会解开宇宙中最大的谜团，我们就真的需要这样有创意、不落窠臼的想法。"

编译自/scitechdaily