科學家正在利用最近的重力波探測作為關鍵工具，深入研究超大質量黑洞的起源。透過利用來自較小黑洞的訊號，研究人員希望偵測到來自超大質量黑洞對的較難捕捉的引力波，從而有可能揭開它們形成和成長的秘密。

模擬兩個相撞的超大質量黑洞發射重力波，這個新方法可以偵測到重力波。 圖片來源：NASA戈達德太空飛行中心/Scott Noble；模擬數據，d’Ascoli等人，2018年。

位於星系中心的超大質量黑洞的起源仍然是天文學最大的謎團之一。 這些巨大的實體可能是在宇宙早期誕生的，也可能是在吞噬物質和與其他黑洞合併的過程中逐漸長大的。 當一個超大質量黑洞即將與另一個大質量黑洞合併時，它會產生重力波–穿越宇宙的時空漣漪。

雖然最近探測到了重力波，但迄今為止這些訊號只來自小型黑洞，也就是恆星坍縮的殘餘物。 探測來自較大黑洞對的重力波對目前的技術來說仍然是遙不可及的，因為它們發出的重力波頻率極低，目前的儀器無法偵測到。 未來的進步，如歐空局領導的空間任務LISA，有望提高對這些低頻波的敏感度。 然而，即使取得了這些進展，識別來自質量最大的黑洞對的訊號仍將面臨巨大挑戰。

“我們的想法基本上就像收聽無線電頻道一樣。我們建議使用來自成對小黑洞的信號，類似於無線電波攜帶信號的方式。” 這項研究的第一作者、MPA 博士後研究員 Jakob Stegmann 說：”超大質量黑洞就是編碼在探測到的訊號的頻率調製（FM）中的音樂。

研究的情況是，一個小型雙黑洞（”緊湊型雙黑洞”）與一個超大質量雙黑洞（”SMBHB”）位於同一個星系中。 探測來自小型雙黑洞的重力波訊號的調製可以間接揭示超大質量雙黑洞的存在。 資料來源：Lorenz Zwick

最近從脈衝星定時陣列得到的結果已經證明了合併的超大質量黑洞雙星的存在。 然而，這些證據都是間接的，它們來自許多遙遠雙星的集體訊號，而這些訊號實際上會產生背景噪音。

我們提出的探測單一超大質量黑洞雙星的方法，利用了它們對附近一對小恆星質量黑洞發出的引力波造成的微妙變化。 小黑洞雙星有效地起到了燈塔的作用，揭示了大黑洞的存在。 透過探測小黑洞雙星訊號中的微小調製，科學家可以發現以前被隱藏起來的超大質量黑洞雙星，它們的質量是太陽的1000 萬倍到1 億倍不等，甚至在遙遠的距離上也能發現。

這項研究的共同作者、蘇黎世大學黑洞理論家盧西奧-邁爾（Lucio Mayer）補充說：”在歐空局於今年1 月通過激光干涉儀空間天線（LISA）之後，激光干涉儀空間天線（LISA）的發展方向已經確定，因此，社會各界需要評估下一代引力探測器的最佳策略，首先是重點關注哪個頻率範圍–像這樣的研究為優先設計十億赫茲探測器帶來了強大的動力。

MPA主任塞爾瑪-德-明克（Selma E. de Mink）沒有參與這項工作，她說：「這篇論文提出了一個非常酷、非常聰明的想法，在我們擁有一個十赫茲探測器之前，這個想法仍然是科幻小說，但是，如果我們想有機會解開宇宙中最大的謎團，我們就真的需要這樣有創意、不落窠臼的想法。

編譯自/ scitechdaily