science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Pulsar-timingarrays brengen ons dichter bij het ontdekken van superzware zwarte gaten

Een simulatie van botsende superzware binaire zwarte gaten. Krediet:NASA.

Sterrenstelsels herbergen superzware zwarte gaten, die miljoenen tot miljarden keer meer wegen dan de zon. Als sterrenstelsels botsen, paren superzware zwarte gaten in hun centrum liggen ook op de ramkoers. Het kan miljoenen jaren duren voordat twee zwarte gaten op elkaar botsen. Als de afstand tussen hen klein genoeg is, het binaire zwarte gat begint rimpelingen te produceren in de ruimte-tijd, die zwaartekrachtgolven worden genoemd.

Zwaartekrachtgolven werden voor het eerst waargenomen in 2015, maar ze werden gedetecteerd door veel kleinere zwarte gaten, die tientallen keren de zon wegen. Zwaartekrachtgolven van superzware zwarte gaten zijn nog steeds een mysterie voor wetenschappers. Hun ontdekking zou van onschatbare waarde zijn om te bepalen hoe sterrenstelsels en sterren zich vormen en evolueren, en het vinden van de oorsprong van donkere materie.

Een recente studie onder leiding van Dr. Boris Goncharov en professor Ryan Shannon - beide onderzoekers van het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) - loste deze puzzel op. Met behulp van de meest recente gegevens van het Australische experiment dat bekend staat als de Parkes Pulsar Timing Array, de wetenschappers zochten naar deze mysterieuze zwaartekrachtsgolven van superzware zwarte gaten.

Het experiment observeerde radiopulsars:extreem dichte ingestorte kernen van massieve superreuzen (neutronensterren genoemd) die radiogolven uitstoten, als een vuurtorenstraal. De timing van deze pulsen is uiterst nauwkeurig, overwegende dat de achtergrond van zwaartekrachtgolven voortschrijdt en de aankomsttijden van pulsen vertraagt ​​in een voorspeld patroon aan de hemel, met ongeveer dezelfde hoeveelheid in alle pulsars. De onderzoekers melden nu dat aankomsttijden van deze radiogolven wel afwijkingen vertonen met vergelijkbare eigenschappen, zoals we van zwaartekrachtsgolven verwachten. Echter, er zijn meer gegevens nodig om te concluderen of de aankomsttijden van radiogolven in alle pulsars aan de hemel gecorreleerd zijn, die wordt beschouwd als het 'rokende pistool'. Vergelijkbare resultaten zijn ook verkregen door samenwerkingsverbanden in Noord-Amerika en Europa. Deze samenwerkingen, samen met groepen in India, China, en Zuid-Afrika, combineren actief datasets onder de International Pulsar Timing Array, om de luchtdekking te verbeteren.

Beperkingen op inter-pulsar correlaties verkregen door Goncharov et al. (2021), als rode kanscontouren, en de verwachte ruimtelijke correlatie die zou zijn geproduceerd door het zwaartekrachtgolfsignaal van een ensemble van superzware dubbelsterren van zwarte gaten. Krediet:ARC Center of Excellence voor ontdekking van zwaartekrachtgolven

Deze ontdekking wordt beschouwd als een voorloper van de detectie van zwaartekrachtsgolven van superzware zwarte gaten. Echter, Dr. Goncharov en collega's wijzen erop dat de waargenomen variaties in de aankomsttijden van radiogolven ook te wijten kunnen zijn aan pulsar-intrinsieke ruis. Dr. Goncharov zei:"Om erachter te komen of de waargenomen "gewone" drift een zwaartekrachtgolfoorsprong heeft, of als het zwaartekrachtgolfsignaal dieper in de ruis zit, we moeten blijven werken met nieuwe gegevens van een groeiend aantal pulsar-timing-arrays over de hele wereld."