Данные 18 лет Parkes Pulsar Timing Array ограничили массу двойных чёрных дыр ранней Вселенной
Исследователи исключили в двух далёких системах двойные чёрные дыры массой порядка 10 млрд масс Солнца и выше. Это первые гравитационно-волновые пределы для столь ранней эпохи.
Международная команда из Пекинского педагогического университета получила первые прямые ограничения на массы пар сверхмассивных чёрных дыр в эпоху космического рассвета, сообщает ixbt.com. Учёные использовали 18 лет наблюдений австралийского проекта Parkes Pulsar Timing Array. В двух далёких системах они исключили двойные чёрные дыры с массой порядка 10 млрд масс Солнца и выше ixbt.com
ixbt.comixbt.comОткрыть источник ↗. Это первые гравитационно-волновые пределы для объектов столь ранней эпохи.
Как работает пульсарный метод
Parkes Pulsar Timing Array — сеть из десятков миллисекундных пульсаров, быстро вращающихся нейтронных звёзд, которые испускают регулярные радиоимпульсы. Их используют как хронометр: проходящая гравитационная волна меняет время прихода импульсов, а характерные отклонения проявляются сразу в нескольких пульсарах. Так астрономы ищут наногерцовые гравитационные волны от сверхмассивных чёрных дыр, обращающихся друг вокруг друга с периодами порядка лет.
Прежние методы поиска почти не учитывали космологическое красное смещение — растяжение волн из-за расширения Вселенной. В новой работе этот эффект включили в расчёты. Оказалось, что далёкая двойная система может казаться земному наблюдателю ярче, чем следовало бы ожидать с учётом расстояния. Из-за красного смещения волна принимается на более низкой частоте, чем была испущена, поэтому в момент излучения чёрные дыры находились ближе друг к другу, двигались быстрее и генерировали более сильные волны. При достаточно большом красном смещении это усиление компенсирует ослабление сигнала из-за расстояния. Благодаря поправке оценку чувствительности пульсарного метода распространили на объекты с красным смещением до 20.
Две проверенные системы
Для проверки подхода выбрали две системы. Первая — яркий квазар J0100+2802 с красным смещением 6,327: его излучение испущено, когда возраст Вселенной не превышал 900 млн лет. Вторая — галактика JADES-GS-z14-0, обнаруженная телескопом «Джеймс Уэбб» при красном смещении 14,32, менее чем через 300 млн лет после Большого взрыва ixbt.com
ixbt.comixbt.comОткрыть источник ↗. Для обеих систем установлен предел на величину, характеризующую совместную массу двух чёрных дыр и определяющую параметры гравитационного сигнала.
Чувствительности пока недостаточно, чтобы определить, являются ли эти объекты двойными. По мнению авторов, результат даёт новый способ изучать, как сверхмассивные чёрные дыры выросли до миллиардов солнечных масс в первые эпохи существования Вселенной. Они отмечают, что ограничения должны стать точнее по мере объединения данных с другими пульсарными массивами и с будущими наблюдениями радиотелескопа Square Kilometre Array.
