LISA и SKAO помогут впервые зарегистрировать гравитационные волны одной черной дыры в двух диапазонах

Международная группа астрофизиков представила прогнозы по синхронному детектированию гравитационных волн (ГВ) от сверхмассивных черных дыр в разных частотных диапазонах. Работа, опубликованная на arXiv, опирается на возможности будущих обсерваторий LISA и SKAO.

LISA (Laser Interferometer Space Antenna) — космический детектор гравитационных волн, чувствительный к частотам порядка миллигерц. SKAO (Square Kilometre Array Observatory) — крупнейший радиотелескоп, который будет работать в том числе как часть пульсарного таймингового массива (PTA), регистрируя наногерцовые гравитационные волны.

Учёные проанализировали модели популяций двойных сверхмассивных черных дыр, погружённых в газовые диски. В зависимости от массы такие двойные могут излучать гравитационные волны одновременно в наногерцовом и миллигерцовом диапазонах, а также электромагнитные волны по всему спектру. SKAO благодаря своей чувствительности сыграет ключевую роль в регистрации совпадающих сигналов: радиоизлучения вместе с миллигерцовыми ГВ от LISA, а также кросс-диапазонных гравитационно-волновых событий (нГц-мГц).

Авторы использовали одинаковые модели популяций, чтобы провести корректное сравнение различных сценариев радиоизлучения (джеты и вспышки). Выяснилось, что количество радиоаналогов источников LISA слабо зависит от модели джета/вспышки и от того, будет ли использоваться SKA-Mid в конфигурации AA* или AA4.

Кроме того, исследователи описали возможность первого низкочастотного многодиапазонного детектирования гравитационных волн от одного и того же объекта. Сверхмассивные двойные черные дыры в газовых дисках испытывают гидродинамические возмущения, которые порождают дополнительные гравитационные волны малой амплитуды, но более высокой частоты. Основной несущий сигнал может быть зафиксирован пульсарными массивами эпохи SKAO как детерминированный, а его более высокочастотные гармоники — LISA как стохастические. Корреляция этих сигналов даст беспрецедентные ограничения на свойства окружающей среды сверхмассивных черных дыр.

Работа демонстрирует, как комбинация двух будущих обсерваторий откроет новую эру мульти-мессенджерной астрономии гравитационных волн. Совместный анализ данных LISA и SKAO позволит не только увеличить число обнаружений, но и впервые изучать одну и ту же черную дыру в разных гравитационно-волновых окнах.