Un'istantanea della forma d'onda gravitazionale 3D da una simulazione relativistica generale di buchi neri binari. Le onde gravitazionali di tali fusioni binarie sono regolarmente osservate da LIGO. Con missioni spaziali come LISA, l'evoluzione di questi binari può essere monitorata con anni di anticipo, consentendo vincoli multifrequenza su formazioni astrofisiche e test di relatività generale. Credito:Jani, K., Kinsey, M., Clark, M. Centro di Astrofisica Relativistica, Istituto di tecnologia della Georgia.
Avvolto nel mistero dalla loro scoperta, il fenomeno dei buchi neri continua ad essere uno degli enigmi più sbalorditivi del nostro universo.
Negli ultimi anni, molti ricercatori hanno fatto progressi nella comprensione dei buchi neri usando l'astronomia osservativa e un campo emergente noto come astronomia delle onde gravitazionali, ipotizzato per la prima volta da Albert Einstein, che misura direttamente le onde gravitazionali emesse dai buchi neri.
Attraverso questi risultati sulle onde gravitazionali dei buchi neri, che sono stati osservati per la prima volta nel 2015 dai Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatories (LIGO) in Louisiana e Washington, i ricercatori hanno appreso dettagli entusiasmanti su questi oggetti invisibili e hanno sviluppato teorie e proiezioni su tutto, dalle loro dimensioni alle loro proprietà fisiche.
Ancora, i limiti di LIGO e di altre tecnologie di osservazione hanno impedito agli scienziati di cogliere un quadro più completo dei buchi neri, e una delle maggiori lacune nella conoscenza riguarda un certo tipo di buchi neri:quelli di massa intermedia, o buchi neri che cadono da qualche parte tra supermassicci (almeno un milione di volte più grandi del nostro sole) e stellari (pensa:più piccoli, sebbene ancora da 5 a 50 volte maggiore della massa del nostro sole).
Questo potrebbe presto cambiare grazie a una nuova ricerca di Vanderbilt su ciò che sarà il prossimo per l'astronomia delle onde gravitazionali. Lo studio, guidato dall'astrofisico Vanderbilt Karan Jani e presentato oggi come una lettera in Astronomia della natura , presenta una tabella di marcia avvincente per catturare istantanee da 4 a 10 anni dell'attività dei buchi neri di massa intermedia.
"Come un'orchestra sinfonica emette il suono attraverso una serie di frequenze, le onde gravitazionali emesse dai buchi neri si verificano a frequenze e tempi diversi, " ha detto Jani. "Alcune di queste frequenze hanno una larghezza di banda estremamente elevata, mentre alcuni sono a bassa larghezza di banda, e il nostro obiettivo nella prossima era dell'astronomia delle onde gravitazionali è catturare osservazioni multibanda di entrambe queste frequenze per "ascoltare l'intera canzone, ' com'era, quando si tratta di buchi neri."
Gianni, un autoproclamato "cacciatore di buchi neri" che Forbes ha inserito nella sua lista 2017 30 Under 30 in Science, faceva parte del team che ha rilevato le primissime onde gravitazionali. È entrato a far parte di Vanderbilt come borsista postdottorato GRAVITY nel 2019.
Insieme ai collaboratori del Georgia Institute of Technology, California Institute of Technology e il Jet Propulsion Laboratory della NASA, la nuova carta, "Rilevabilità dei buchi neri di massa intermedia nell'astronomia delle onde gravitazionali multibanda, " guarda al futuro dei rivelatori LIGO insieme alla proposta missione spaziale Laser Interferometer Space Antenna (LISA), che aiuterebbe gli umani ad avvicinarsi di più alla comprensione di ciò che accade dentro e intorno ai buchi neri.
"La possibilità che i buchi neri di massa intermedia esistano ma siano attualmente nascosti alla nostra vista è sia allettante che frustrante, " disse Deidre Calzolaio, co-autore dell'articolo e professore alla School of Physics della Georgia Tech. "Fortunatamente, c'è speranza in quanto questi buchi neri sono fonti ideali per la futura astronomia delle onde gravitazionali multibanda".
LISA, una missione guidata congiuntamente dall'Agenzia spaziale europea e dalla NASA e prevista per il lancio nell'anno 2034, migliorerebbe la sensibilità di rilevamento per le onde gravitazionali a bassa frequenza. Come primo rivelatore di onde gravitazionali spaziale dedicato, LISA fornirebbe una misurazione critica di una frequenza precedentemente irraggiungibile e consentirebbe l'osservazione più completa dei buchi neri di massa intermedia. Nel 2018, Il professore di fisica e astronomia Vanderbilt Kelly Holley-Bockelmann è stato nominato dalla NASA presidente inaugurale del LISA Study Team.
"Dentro i buchi neri, tutta la comprensione conosciuta del nostro universo si rompe, " ha aggiunto Jani. "Con l'alta frequenza già catturata dai rilevatori LIGO e la bassa frequenza dai rilevatori futuri e dalla missione LISA, possiamo mettere insieme questi dati per aiutare a colmare molte lacune nella nostra comprensione dei buchi neri".
