小黑洞可以與難以捉摸的超大質量黑洞對進行“捉迷藏游戲” _黑洞

超大質量黑洞雙星的圖示（圖片來源：美國國家航空航天局）
據美國太空網（Robert Lea）：天文學家可以在“捉迷藏游戲”宇宙游戲中使用小黑洞的雙星配對來尋找更大、更難以捉摸的超大質量黑洞雙星。因此，這項技術可以幫助解決超大質量黑洞在早期宇宙中如何快速增長的謎團。
盡管黑洞被譽為可怕的宇宙巨人，但探測它們并非易事。所有黑洞都被一個稱為“事件視界”的單向光捕獲邊界包圍，以確保它們不發光。即使是質量是太陽數百萬或數十億倍的星系中心的超大質量黑洞，也只有在吞噬大量周圍物質或撕裂一顆不幸的恒星時才是“可見的” 。
然而，光，或者更準確地說是“電磁輻射”，只是一種輻射。另一種是“引力輻射”，它以微小的漣漪的形式出現，使時空嗡嗡作響，被稱為“引力波”，人類才剛剛開始探測到。這意味著天文學家不必在這場捉迷藏游戲游戲中尋找超大質量黑洞對，而是可以傾聽它們。

二元黑洞像帶有引力波的鐘一樣在時空中振鈴的圖示。（圖片來源：ESA–C.Carreau）
馬克斯·普朗克天體物理研究所博士后研究員、團隊負責人雅各布·斯蒂格曼在一份聲明中表示：“我們的想法基本上就像收聽無線電信道一樣。我們建議使用來自成對小黑洞的信號，類似于無線電波攜帶信號的方式。” 。“超大質量黑洞是在檢測信號的調頻（FM）中編碼的音樂。”
小黑洞女高音
引力波是阿爾伯特·愛因斯坦在1915年的代表作《廣義相對論》中首次提出的概念。
廣義相對論認為，當一個具有質量的物體“扭曲”空間和時間的結構時，引力就會產生，愛因斯坦之前將其統一為一個稱為“時空”的四維實體（三個空間維度，一個時間維度）
質量越大，對象創建的空間曲率極值就越大。這就解釋了為什么行星的引力影響比衛星大，為什么恒星的影響比行星大，為什么黑洞的影響比任何單個物體都大。

一幅插圖顯示了一個黑洞在時空中引起“暴跌”扭曲。（圖片來源：Robert Lea（與Canva共同創作））
愛因斯坦還預測，當物體在時空中加速時，它們會使其結構發出漣漪或引力波的“振鈴” 。這些對于低質量的物體來說是完全微不足道的，但當黑洞圍繞彼此運行時（記住圓周運動是加速度），它們有足夠的質量來產生顯著的引力波。
當這些黑洞相互盤旋時，它們會發出連續的低頻引力波。這些引力波帶走角動量（或自旋），迫使黑洞聚集在一起，這一過程稱為“吸氣” 。這增加了引力波的頻率，從而導致角動量越來越快地被帶走。
直到黑洞最終碰撞并合并，這一事件會發出更高頻率的引力波“尖叫” 。

顯示二元黑洞在合并過程中發射的引力波頻率的圖表（圖片來源：LIGO）
即便如此，愛因斯坦預測，這些時空漣漪將太微弱而無法探測到，尤其是當它們在宇宙中傳播時會失去能量，黑洞合并發生在數百萬甚至數十億光年之外。
幸運的是，我們現在知道愛因斯坦錯了。
自2015年激光干涉引力波天文臺（LIGO）探測到第一個引力波信號以來，已經探測到許多這樣的黑洞碰撞，該信號源自13億光年外的二元黑洞合并。
但這些檢測有一個共同點。當它們涉及黑洞時，它們總是恒星質量黑洞范圍內的成對，質量在太陽的三倍到幾百倍之間。對于LIGO及其同胞意大利的VIRGO和日本的神岡引力波探測器（KAGRA）等地球引力波探測器來說，超大質量黑洞合并一直是難以捉摸的。

重力波譜圖。（圖片來源：美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心）
正如我們的耳朵已經進化到能聽到某些頻率的聲音，而不能聽到其他頻率的聲音一樣，這些儀器只能檢測到一定頻率范圍的引力波。旋轉的超大質量黑洞對發出的引力波頻率太低，地面引力波探測器無法“聽到”
換句話說，利用引力波，恒星質量雙星唱女高音，而超大質量雙星唱男中音。
該團隊建議檢測恒星質量黑洞雙星引力波的細微變化，這些變化是由超大質量雙星的干擾引力波引起的。
因此，這些微小的調制可能有助于揭示超大質量黑洞合并，目前只能通過使用大量快速旋轉的中子星（稱為“脈沖星計時陣列”）作為集體“背景嗡嗡聲”來檢測
Stegmann說：“這個想法的新穎之處在于利用易于檢測的高頻來探測我們還不敏感的低頻。” 。
該提案還可以幫助指導未來引力波探測器的設計，例如即將推出的美國國家航空航天局和歐洲航天局（ESA）天基探測器LISA（激光干涉儀空間天線）。
“隨著LISA的路徑現在已經確定，在去年1月被ESA采用后，社區需要評估下一代引力波探測器的最佳策略，”團隊成員、蘇黎世大學黑洞理論家Lucio Mayer說。“特別是，他們應該瞄準哪個頻率范圍——這樣的研究為優先考慮分赫茲（低頻）探測器設計提供了強烈的動力。”
該團隊的研究于周一（8月5日）發表在《自然》雜志上。

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