Astronomowie być może wkrótce będą w stanie wykryć supermasywne czarne dziury wirujące w śmiercionośnym tańcu nie dzięki falom grawitacyjnym, ale poprzez zniekształcenie światła gwiazd. Nowa technika wykorzystuje soczewkowanie grawitacyjne – zaginanie światła przez masywne obiekty – aby odsłonić te ukryte kosmiczne duety na długo przed tym, zanim dedykowane obserwatoria kosmiczne, takie jak LISA, zaczną w pełni działać.
Niewidzialny taniec w centrach galaktyk
Większość dużych galaktyk zawiera w swoim jądrze supermasywną czarną dziurę o masie od milionów do miliardów mas Słońca. Kiedy galaktyki się zderzają, te czarne dziury mogą znaleźć się na orbitach wokół siebie, ostatecznie łącząc się. W tej chwili zidentyfikowane podwójne czarne dziury znajdują się w dużej odległości od siebie, ale najciekawsze rzeczy dzieją się bliżej. Odkrycie tych bliskich powiązań jest trudne; istniejące metody opierają się na przyszłych obserwatoriach grawitacyjnych, takich jak LISA Europejskiej Agencji Kosmicznej czy chiński TianQin.
Jak soczewkowanie odkrywa niewidzialne
Kluczem jest to, jak podwójne czarne dziury zniekształcają czasoprzestrzeń. Pojedyncza czarna dziura wymaga idealnego ustawienia względem światła gwiazd z soczewki, ale para oferuje znacznie większą szansę na wzmocnienie. Wirujące czarne dziury tworzą ruchomą „krzywą żrącą” – obszar, w którym światło jest intensywnie wzmacniane. Gwiazdy przechodzące przez tę krzywą będą okresowo rozbłyskiwać, stając się jaśniejsze w miarę usuwania substancji żrących.
„Prawdopodobieństwo ogromnego wzrostu światła gwiazd wzrasta wielokrotnie w przypadku podwójnej czarnej dziury w porównaniu z pojedynczą”. – Bence Kocsis, Uniwersytet Oksfordzki
Efekt ten tworzy charakterystyczną sygnaturę: powtarzające się rozbłyski światła gwiazd widoczne na przestrzeni lat, które odróżniają te układy od innych kosmicznych wydarzeń. Kształt i ruch krzywej żrącej koduje informacje o masach czarnych dziur i ich rozpadzie orbitalnym. W miarę zbliżania się spirali częstotliwość i jasność sygnału soczewkującego będzie się zmieniać, dostarczając dodatkowych wskazówek.
Przyszłość polowań na czarne dziury
Choć obserwacja pojedynczego układu ogranicza się do jednego zdjęcia, badania nocnego nieba pozwolą na szerszą inwentaryzację. Oczekuje się, że Obserwatorium Vera C. Rubin w Chile i Rzymski Teleskop Kosmiczny Nancy Grace (wystrzelony w 2027 r.) wykryją wiele takich zjawisk soczewkowych. Obserwacje te można następnie połączyć z danymi z LISA (oddanego do użytku w latach 30. XXI wieku), aby stworzyć szczegółową mapę łączących się czarnych dziur we Wszechświecie.
Odnalezienie tych ukrytych gigantów nie tylko potwierdzi modele teoretyczne, ale także otworzy nowe możliwości testowania fizyki grawitacji i czarnych dziur w ekstremalnych warunkach. Technika ta może dostarczyć nowego, potężnego narzędzia do odkrywania najgłębszych tajemnic wszechświata.
