"Osynlig jätte" upptäckt gömd bakom dubbelt svart hål

DNVN - Gravitationsvågor från GW190814-händelsen har avslöjat spår av existensen av ett dolt supermassivt svart hål i närheten, vilket öppnar upp ett nytt perspektiv på hur binära svarta hål bildas.

Sammanslagning av binära svarta hål nära ett supermassivt svart hål. Källa: SHAO

Binära svarta hål är redan ett av de mest mystiska fenomenen i universum, men forskare vid Shanghai Astronomical Observatory (SHAO) vid den kinesiska vetenskapsakademin har nyligen upptäckt bevis för att de kanske inte är ensamma. Vissa binära svarta hålsystem domineras sannolikt av en mystisk "jättekompanjon" i närheten.

Ett forskarteam lett av Dr Wenbiao Han vid SHAO rapporterade tecken på att sammanslagningshändelsen GW190814 av det binära svarta hålet sannolikt inträffade under gravitationspåverkan av ett tredje objekt – möjligen ett supermassivt svart hål i sig.

Forskningsresultaten, som publiceras i Astrophysical Journal Letters, ger viktiga ledtrådar för att dechiffrera ursprunget till binära svarta hål.

Gravitationsvågshändelse detekterad av LIGO-Virgo-KAGRA-samarbetet. Källa: SHAO

Sedan 2015 har LIGO-Virgo-KAGRA-samarbetet upptäckt mer än 100 gravitationsvågshändelser, huvudsakligen från sammanslagningar av binära svarta hål. Även om de har bidragit till förståelsen av astrofysik är deras bildande och utvecklingsmekanismer fortfarande inte helt förklarade.

Tidigare föreslog Dr. Hans team "b-EMRI"-modellen, som beskriver ett scenario där ett supermassivt svart hål "fångar" ett binärt svart hål och bildar ett tredelat system. I denna struktur kretsar det binära svarta hålparet runt det supermassiva svarta hålet och avger gravitationsvågor i flera frekvensband. Modellen inkluderades i en LISA-vitbok och identifierades som ett viktigt forskningsmål för Kinas rymdobservatorier för gravitationsvågor. Sedan dess har forskare letat efter tecken på sammanslagningar av binära svarta hål nära det supermassiva svarta hålet i LIGO-Virgo-data.

Vid analyser av GW190814-data fann forskarna att de två sammansmältande svarta hålen hade ett massförhållande på nästan 10:1. Enligt medförfattaren Dr. Shucheng Yang tyder denna obalans sannolikt på att paret en gång var en del av ett trippelsystem, där det supermassiva svarta hålet drog dem samman genom gravitationsinteraktioner. En annan hypotes är att de bildades inuti ackretionsskivan i en aktiv galaxkärna, där gravitationen hos täta objekt drev sammansmältningen.

Forskare tror att om det binära svarta hålet sammansmälter nära ett tredje tätt objekt, kommer dess bana runt detta objekt att skapa en siktlinjeacceleration – det vill säga en acceleration längs observatörens siktlinje. Denna acceleration förändrar gravitationsvågornas frekvens genom Dopplereffekten, vilket lämnar ett "fingeravtryck" i signalen.

Parameteruppskattningar för GW190814, inklusive massorna för de två svarta hålen (*m*~1~ och *m*~2~), luminositetsavståndet (*d*~L~), siktlinjeaccelerationen (*a*) och effektindexet (*n*~I~). Streckade linjer indikerar medianvärdena och 90 % konfidensintervall. Konturdiagrammen visar 50 % och 90 % konfidensintervall. Källa: SHAO

För att fastställa detta utvecklade teamet en gravitationsvågsmodell som använder sig av siktlinjeacceleration och tillämpade Bayesiansk analys på flera händelser med starka signaler. Resultaten visade att för GW190814 överträffade siktlinjeaccelerationsmodellen hypotesen om isolerade binära svarta hål.

Denna acceleration uppskattas till cirka 0,002 c/s⁻¹ (90 % konfidensnivå, där c är ljusets hastighet), vilket ger en Bayes-faktor på 58:1 – starka bevis för existensen av acceleration i siktlinje.

”Detta är det första internationella beviset för närvaron av ett tredje, tätt objekt i en sammanslagning av binära svarta hål”, sa Dr. Han. ”Detta fynd tyder på att det binära svarta hålet i GW190814 kan vara en del av ett komplext system, snarare än att bildas självständigt, vilket öppnar upp nya perspektiv på mekanismen för bildandet av binära svarta hål.”

I framtiden, när nya generationer av gravitationsvågsdetektorer som Einsteinteleskopet, Cosmic Explorer eller rymdenheterna LISA, Taiji och TianQin tas i bruk, förväntar sig forskare att kunna upptäcka små förändringar i signaler med hög precision. Det kommer att hjälpa människor att avkoda fler händelser som GW190814 och komma närmare att förklara bildandet och utvecklingen av binära svarta hål.

La Khe (enligt SciTech Daily)

Källa: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-nguoi-khong-lo-vo-hinh-an-minh-sau-ho-den-doi/20250901102834250