Gehuld in mysterie sinds hun ontdekking, het fenomeen zwarte gaten blijft een van de meest verbijsterende raadsels in ons universum.

In recente jaren, veel onderzoekers hebben vooruitgang geboekt bij het begrijpen van zwarte gaten met behulp van observatieastronomie en een opkomend veld dat bekend staat als zwaartekrachtgolfastronomie, eerst verondersteld door Albert Einstein, die rechtstreeks de zwaartekrachtsgolven meet die worden uitgezonden door zwarte gaten.

Door deze bevindingen over zwaartekrachtgolven van zwarte gaten, die voor het eerst werden waargenomen in 2015 door de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatories (LIGO) in Louisiana en Washington, onderzoekers hebben spannende details geleerd over deze onzichtbare objecten en hebben theorieën en projecties ontwikkeld over alles, van hun afmetingen tot hun fysieke eigenschappen.

Nog altijd, beperkingen in LIGO en andere observatietechnologieën hebben wetenschappers ervan weerhouden een vollediger beeld van zwarte gaten te krijgen, en een van de grootste leemten in kennis betreft een bepaald type zwart gat:dat van middelzware, of zwarte gaten die ergens tussen superzware (minstens een miljoen keer groter dan onze zon) en stellaire (denk aan:kleiner, hoewel nog steeds 5 tot 50 keer groter dan de massa van onze zon).

Dat zou snel kunnen veranderen dankzij nieuw onderzoek van Vanderbilt naar wat de toekomst biedt voor astronomie met zwaartekrachtgolven. De studie, onder leiding van Vanderbilt-astrofysicus Karan Jani en vandaag te zien als een brief in Natuurastronomie , presenteert een boeiende routekaart voor het vastleggen van 4- tot 10-jarige snapshots van activiteit van middelzware zwarte gaten.

"Als een symfonieorkest geluid uitzendt over een reeks frequenties, de zwaartekrachtsgolven die worden uitgezonden door zwarte gaten komen op verschillende frequenties en tijdstippen voor, " zei Jani. "Sommige van deze frequenties hebben een extreem hoge bandbreedte, terwijl sommige een lage bandbreedte hebben, en ons doel in het volgende tijdperk van zwaartekrachtsgolfastronomie is om multiband-waarnemingen van beide frequenties vast te leggen om 'het hele lied te horen, ' als het ware als het gaat om zwarte gaten."

Jani, een zelfverklaarde "zwarte gatenjager" die Forbes noemde op zijn 2017 30 Under 30-lijst in Science, maakte deel uit van het team dat de allereerste zwaartekrachtgolven detecteerde. Hij vervoegde Vanderbilt als GRAVITY postdoctoraal onderzoeker in 2019.

Samen met medewerkers van het Georgia Institute of Technology, California Institute of Technology en het Jet Propulsion Laboratory bij NASA, het nieuwe papier, "Detecteerbaarheid van middelzware zwarte gaten in multiband zwaartekrachtgolfastronomie, " kijkt naar de toekomst van LIGO-detectoren naast de voorgestelde ruimtemissie Laser Interferometer Space Antenna (LISA), wat mensen zou helpen een stap dichter te komen bij het begrijpen van wat er in en rond zwarte gaten gebeurt.

"De mogelijkheid dat zwarte gaten met een gemiddelde massa bestaan, maar momenteel voor ons verborgen zijn, is zowel verleidelijk als frustrerend, " zei Deidre Schoenmaker, co-auteur van het artikel en professor aan de Georgia Tech's School of Physics. "Gelukkig, er is hoop, want deze zwarte gaten zijn ideale bronnen voor toekomstige multiband-astronomie met zwaartekrachtgolven."

LISA, een missie gezamenlijk geleid door de European Space Agency en NASA en gepland voor lancering in het jaar 2034, zou de detectiegevoeligheid voor laagfrequente zwaartekrachtsgolven verbeteren. Als de eerste speciale zwaartekrachtgolfdetector in de ruimte, LISA zou een kritische meting bieden van een voorheen onbereikbare frequentie en de meer complete observatie van zwarte gaten met gemiddelde massa mogelijk maken. in 2018, Vanderbilt natuur- en sterrenkundeprofessor Kelly Holley-Bockelmann werd door NASA aangesteld als de inaugurele voorzitter van het LISA Study Team.

"In zwarte gaten, al het bekende begrip van ons universum valt uiteen, " voegde Jani toe. "Nu de hoge frequentie al wordt opgevangen door LIGO-detectoren en de lage frequentie van toekomstige detectoren en de LISA-missie, we kunnen deze datapunten samenbrengen om veel hiaten in ons begrip van zwarte gaten op te vullen."