この超大型ブラックホールマージシミュレーションでは、観察者に最も近い青色のシフトブラックホールは、重力レンズを介して後部の赤いシフトブラックホールを増幅します。 研究者たちは、最も近いブラックホールがブラックホールの影の前を通過すると明るさがはっきりと落ちることを発見しました。 クレジット: Jordy Davelaar
一対のマージ超大質量ブラックホール、ボイド測定のための新しい方法
科学者たちは、衝突の間に2つの超巨大質量ブラックホールの「影」を測定する方法を発見し、天文学者に遠い銀河のブラックホールを測定し、代替重力理論をテストするための潜在的な新しいツールを提供します。
3年前、世界は史上初めてブラックホールのイメージを見て驚愕しました。 燃えるような光の輪に囲まれた大根の黒いピット。 その象徴的なイメージは ブラックホール 銀河の中心にあるMessier 87は、1つの巨大な望遠鏡として機能する同期電波皿のグローバルネットワークであるEvent Horizon Telescope（EHT）のおかげで焦点を当てました。
今、一対のコロンビア研究者が深淵をより簡単に観察する方法を考案しました。 の補足研究研究で説明 物理的なレビューの手紙 そして 物理レビューD、 彼らのイメージング技術は、天文学者が65億の太陽質量を持つモンスターであるM87よりも小さなブラックホールを研究することを可能にします。 天の川。
一対のマージ超巨大ブラックホールで重力レンズ現象をシミュレートします。 クレジット: Jordy Devalaar
この技術には2つの要件があります。 第一に、マージの過程で一対の超大質量ブラックホールが必要である。 第二に、ペアをほぼ横方向の角度で見る必要があります。 この隣の有利な点で、一方のブラックホールが別のブラックホールを通過するときに遠く離れたブラックホールの輝くリングが最も近いブラックホールによって拡大され、明るいフラッシュを見ることができるはずです。 重力レンズとして知られています。
レンズ効果はよく知られていますが、研究者がここで見つけたのは隠された信号でした。 すぐ後ろにあるブラックホールの「影」に相当する明るさのはっきりした減少です。 この微妙なぼかしは、ブラックホールの質量と軌道がどれだけ密接に絡み合っているかに応じて、数時間から数日まで続くことがあります。 ディープがどれほど長く続くかを測定すれば、ブラックホールの事象地平線、出口のない点、光すら抜け出すことのない点によってさらされる影の大きさと形を推定できると研究者たちは言います。
一対の超巨大質量ブラックホールが合わされるシミュレーションで、観察者に最も近いブラックホールが近づいているので青色で現れ（フレーム１）、重力レンズを通して後方の赤色片がブラックホールを増幅します。 最も近いブラックホールが遠くにあるブラックホールの光を増幅させると（フレーム２）、見る人は明るい光のフラッシュを見る。 しかし、最も近いブラックホールが最も遠いブラックホールの深淵または影の前を通過するとき、観察者は明るさが少し落ちるのを見ます（フレーム3）。 この明るさの低下（3）は、画像の下のライトカーブデータにはっきりと表示されます。 クレジット: Jordy Devalaar
今回の研究の最初の著者であり、Flatiron Instituteの計算天体物理学センター(Center for Computational Astrophysics)とともに、コロンビアの博士後研究者であるJordy Davelaarは、「M87ブラックホールの高解像度画像を作成するために、数十人の科学者たちが数年と途方もない努力を払っています.でした」と言いました。 「そのアプローチは、最大かつ最も近いブラックホール、つまりM87の中心にあるペアと潜在的に私たちの銀河に対してのみ機能します。」
「私たちの技術を使用すると、時間の経過とともにブラックホールの明るさを測定できるため、各オブジェクトを空間的に解決する必要はありません。 多くの銀河系でこの信号を見つけることは可能です。
ブラックホールの影は、ブラックホールの最も神秘的で有益な特徴です。 共著者であるコロンビア物理学教授のゾルタン・ハイマン（Zoltan Haiman）は、「その暗い点は、ブラックホールの大きさ、その周辺の時空間の形、そして物質がブラックホールの地平線近くに落ちる方法について教えてくれる」と述べた。
超巨大質量ブラックホールのマージを横から観察しながら、観察者に最も近いブラックホールは、重力レンズ効果によってブラックホールをさらに遠くに拡大します。 研究者たちは、遠く離れたブラックホールの「影」に対応する明るさの短い減少を発見し、観察者がその大きさを測定できるようにしました。 クレジット: Nicoletta Baroloini
ブラックホールの影はまた、私たちの宇宙の根本的な力の一つである重力の本当の本質に対する秘密を含んでいるかもしれません。 一般相対性理論として知られるアインシュタインの重力理論は、ブラックホールの大きさを予測する。 したがって、物理学者は、自然がどのように機能するかについての2つの矛盾するアイデア、すなわち軌道を回る惑星や膨張する宇宙などの大規模現象を説明するアインシュタインの一般的な相対性理論と、電子や光子などの小さな粒子が一度に複数の状態を占める方法。
研究者たちはその後爆発する超巨大質量ブラックホールに関心を持つようになりました。 汚れ 初期の宇宙から離れた銀河の中心で疑われる一対の超巨大質量ブラックホール。 ねじの惑星狩猟ケプラー宇宙望遠鏡は、ホスト星の前を通過する惑星に対応する明るさの小さな減少をスキャンしていました。 代わりに、KeplerはHaimanと彼の同僚が一対のマージブラックホールであると主張することのフレアを検出しました。
彼らは、レンズ効果を通して完全に回転するたびにお互いを拡大すると疑われるブラックホールによって引き起こされる明るさのスパイクのために、遠い銀河を「スパイキー」と命名しました。 フレアについてもっと知るために、Haimanは博士後研究者Davelaarと一緒にモデルを作成しました。
しかし、彼らはシミュレートされた一対のブラックホールが予期せず、しかし定期的に他のものの前で公転するたびに明るさが減少したときに混乱しました。 最初、彼らはそれがコーディングミスだと思った。 しかし、さらなる確認を通じて信号を信頼するようになりました。
それを説明するための物理的なメカニズムを探している間、彼らは観察者に最も近いブラックホールが後ろのブラックホールの影の前を通過するのにかかる時間と明るさの減少がほぼ一致することに気づきました。
研究者は現在、Spikeyが一対のマージブラックホールを隠していることを確認するために、ケプラーデータから見たディープを確認するために別の望遠鏡データを探しています。 すべてが確認されれば、この技術はこれまでに発見され、確認を待っている150個ほどの他の超巨大質量ブラックホールの中で併合されていると疑われる少数のペアに適用されます。
将来的に、より強力な望遠鏡がオンラインでリリースされると、他の機会が発生する可能性があります。 今年のドアを開く予定のベラルービン天文台は、1億個以上の超大質量ブラックホールを観測しています。 2030年にNASAの重力波探知機であるLISAが宇宙に発射されると、追加のブラックホール偵察が可能になります。
Davelaarは、「このブラックホールのペアのうち、ごくわずかな部分だけが、私たちが提案した効果を測定するための正しい条件を持っていても、これらのブラックホールディープをたくさん見つけることができます」と述べました。
参照：
Jordy DavelaarとZoltán Haimanによる「ブラックホールの双性における自己レンズフレア：光曲線断層撮影によるブラックホールの影観察」、2022年5月9日、 物理的なレビューの手紙。
DOI：10.1103 / PhysRevLett。128.191101
「ブラックホールバイナリの自己レンズフレア：ブラックホールバイナリの一般的な相対論的光線追跡」 Jordy Davelaar and Zoltán Haiman、2022年5月9日、 物理レビューD。
DOI: 10.1103/PhysRevD.105.103010
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