Dans le monde des trous noirs, il y a généralement trois catégories de taille: des trous noirs de masse stellaire (environ cinq à 50 fois la masse du soleil), des trous noirs supermassifs (des milliards à des milliards de fois la masse du soleil) et des trous noirs de masse intermédiaire avec des masses quelque part entre les deux.
Bien que nous sachions que des trous noirs de masse intermédiaire devraient exister, on sait peu de choses sur leurs origines ou leurs caractéristiques – ils sont considérés comme les rares «liens manquants» dans l'évolution des trous noirs.
Cependant, quatre nouvelles études ont jeté un nouvel éclairage sur le mystère. La recherche a été menée par une équipe du laboratoire du professeur adjoint de physique et d'astronomie Karan Jani, qui est également directeur fondateur de l'initiative Vanderbilt Lunar Labs.
L'article principal, «Propriétés des candidats de trou noir intermédiaire« Lite »dans la troisième course d'observation de Ligo-Virgo», a été publié dans Lettres de journal astrophysique et dirigé par le Lunar Labs Postdoctoral Fellow Anjali Yelikar et Astrophysics Ph.D. candidat Krystal Ruiz-Rocha. L'équipe a réanalysé les données de l'interféromètre laser gagnant du prix Nobel (LIGO) des détecteurs aux États-Unis et du détecteur Vierge en Italie.
Les chercheurs ont découvert que ces vagues correspondaient à des fusions de trous noirs supérieurs à 100 à 300 fois la masse du soleil, ce qui en fait les événements d'ondes gravitationnelles les plus lourdes enregistrées en astronomie.
« Les trous noirs sont les ultimes fossiles cosmiques », a déclaré Jani. « Les masses de trous noirs rapportés dans cette nouvelle analyse sont restés très spéculatifs en astronomie. Cette nouvelle population de trous noirs ouvre une fenêtre sans précédent sur les toutes premières étoiles qui ont illuminé notre univers. »
Des détecteurs basés sur la Terre comme LIGO ne capturent qu'une fraction de seconde de la collision finale de ces trous noirs de masse intermédiaire « légers », ce qui rend difficile de déterminer comment l'univers les crée. Pour résoudre ce problème, le laboratoire de Jani s'est tourné vers la prochaine Agence spatiale européenne et la mission de l'antenne spatiale interféromètre laser (LISA) de la NASA, lancé à la fin des années 2030.
Dans deux études supplémentaires publiées dans Le journal astrophysique« Une mer de trous noirs: caractériser la signature de Lisa pour les binaires de trous noirs à originaux stellaires », dirigés par Ruiz-Rocha, et « A Tale of Two Black Holes: Multiband Gravitation-Wave Mesure of Recul Kicks », dirigée par l'ancien stagiaire de recherche d'été Shobhit Ranjan, l'équipe a montré que Lisa peut suivre ces années Black Holes avant de fuir, déferce, défaire de leur original, et de la fate.
La détection des ondes gravitationnelles des collisions de trou noir nécessite une extrême précision, comme essayer d'entendre une épingle tomber pendant un ouragan. Dans une quatrième étude également publiée dans Le journal astrophysique« Pas de problème dans la matrice: une reconstruction robuste des signaux d'ondes gravitationnelles sous les artefacts du bruit », l'équipe a montré comment les modèles d'intelligence artificielle garantissent que les signaux de ces trous noirs ne sont pas corrompus à partir du bruit environnemental et du détecteur dans les données. Le document a été dirigé par le collègue postdoctoral Chayan Chatterjee et développe le programme AI pour New Messengers de Jani, une collaboration avec le Data Science Institute.
« Nous espérons que cette recherche renforce le cas des trous noirs de masse intermédiaire en tant que source la plus excitante à travers le réseau de détecteurs à ondes gravitationnelles de la terre à l'espace », a déclaré Ruiz-Rocha. « Chaque nouvelle détection nous rapproche de la compréhension de l'origine de ces trous noirs et pourquoi ils tombent dans cette mystérieuse gamme de masse. »
À l'avenir, Yelikar a déclaré que l'équipe explorera comment des trous noirs de masse intermédiaire pourraient être observés à l'aide de détecteurs sur la lune.
« L'accès à des fréquences à ondes gravitationnelles inférieures de la surface lunaire pourrait nous permettre d'identifier les environnements dans lesquels ces trous noirs vivent – quelque chose que les détecteurs terrestres ne peuvent tout simplement pas résoudre », a-t-elle déclaré.
En plus de poursuivre cette recherche, Jani travaillera également avec les académies nationales des sciences, de l'ingénierie et de la médecine sur une étude parrainée par la NASA pour identifier les destinations lunaires de grande valeur pour l'exploration humaine pour répondre aux objectifs scientifiques au niveau décevain.
Dans le cadre de sa participation à cette étude, Jani contribuera au panel sur l'héliophysique, la physique et les sciences physiques, pour identifier et articuler les objectifs scientifiques liés à la physique solaire, au temps spatial, à l'astronomie et à la physique fondamentale qui seraient les plus activées par les explorateurs humains sur la lune.
« C'est un moment passionnant de l'histoire – non seulement pour étudier les trous noirs, mais pour rassembler les frontières scientifiques avec la nouvelle ère de l'espace et de l'exploration lunaire », a déclaré Jani. « Nous avons une rare occasion de former la prochaine génération d'étudiants dont les découvertes seront façonnées par la Lune. »
