Een nieuwe studie door een groep onderzoekers van de Universiteit van Birmingham heeft uitgewezen dat aan het begin van het volgende decennium botsingen van superzware zwarte gaten tegelijkertijd waarneembaar kunnen zijn in zowel zwaartekrachtsgolven als röntgenstralen.

De European Space Agency (ESA) heeft onlangs aangekondigd dat de lanceringen van de twee belangrijkste ruimtewaarnemingscentra van de jaren 2030 voor gelijktijdig gebruik zullen worden getimed. Deze missies, Athene, de volgende generatie röntgenruimtetelescoop en LISA, het eerste zwaartekrachtsgolfobservatorium in de ruimte, zullen worden gecoördineerd om binnen een jaar na elkaar te beginnen met observeren en zullen waarschijnlijk ten minste vier jaar overlappende wetenschappelijke operaties hebben.

Volgens de nieuwe studie gepubliceerd in Natuurastronomie ("Zwaartekrachtgolven en röntgenverschijnselen koppelen aan gezamenlijke LISA- en Athena-waarnemingen"), Het besluit van ESA geeft astronomen een ongekende kans om multi-messenger-kaarten te maken van enkele van de meest gewelddadige kosmische gebeurtenissen in het heelal, die tot nu toe niet zijn waargenomen en die de kern vormen van al lang bestaande mysteries rond de evolutie van het heelal.

Ze omvatten de botsing van superzware zwarte gaten in de kern van sterrenstelsels in het verre heelal en het "opslokken" van compacte stellaire objecten zoals neutronensterren en zwarte gaten door massieve zwarte gaten die zich in de centra van de meeste sterrenstelsels bevinden.

De zwaartekrachtsgolven die door LISA worden gemeten, zullen de rimpelingen in de ruimtetijd lokaliseren die de fusies veroorzaken, terwijl de röntgenstralen die met Athena worden waargenomen, de hete en zeer energetische fysieke processen in die omgeving onthullen. Het combineren van deze twee boodschappers om hetzelfde fenomeen in deze systemen te observeren, zou een enorme sprong maken in ons begrip van hoe massieve zwarte gaten en sterrenstelsels co-evolueren, hoe massieve zwarte gaten hun massa groeien en aangroeien, en de rol van gas rond deze zwarte gaten.

Dit zijn enkele van de grote onbeantwoorde vragen in de astrofysica die wetenschappers al tientallen jaren in verwarring brengen.

Dr. Sean McGee, Docent astrofysica aan de Universiteit van Birmingham en lid van zowel het Athena- als het LISA-consortium, leidde de studie. Hij zei, "Het vooruitzicht van gelijktijdige observaties van deze gebeurtenissen is onbekend terrein, en kan leiden tot enorme vooruitgang. Dit belooft een revolutie te worden in ons begrip van superzware zwarte gaten en hoe ze groeien binnen sterrenstelsels."

Professor Alberto Vecchio, Directeur van het Instituut voor Gravitatiegolfastronomie, Universiteit van Birmingham, en een co-auteur van de studie, zei:"Ik heb twintig jaar aan LISA gewerkt en het vooruitzicht om mijn krachten te bundelen met de krachtigste röntgenogen die ooit zijn ontworpen om precies in het centrum van sterrenstelsels te kijken, belooft deze lange afstand nog meer de moeite waard te maken. Het is moeilijk te voorspellen precies wat we gaan ontdekken:we moeten ons vastmaken, want het wordt een hele rit".

Tijdens het leven van de missies, er kunnen maar liefst 10 fusies zijn van zwarte gaten met massa's van 100, 000 tot 10, 000, 000 keer de massa van de zon die signalen hebben die sterk genoeg zijn om door beide observatoria te worden waargenomen. Hoewel vanwege ons huidige gebrek aan begrip van de fysica die optreedt tijdens deze fusies en hoe vaak ze voorkomen, de observatoria konden veel meer of veel minder van deze gebeurtenissen waarnemen. Inderdaad, dit zijn vragen die beantwoord zullen worden door de observaties.

In aanvulling, LISA zal de vroege stadia van het samensmelten van stellaire zwarte gaten detecteren, wat zal eindigen met de detectie in observatoria voor zwaartekrachtgolven op de grond. Deze vroege detectie stelt Athena in staat om de binaire locatie te observeren op het precieze moment dat de fusie zal plaatsvinden.