Höljt i mystik sedan deras upptäckt, Fenomenet med svarta hål fortsätter att vara en av de mest häpnadsväckande gåtorna i vårt universum.

På senare år har många forskare har gjort framsteg i att förstå svarta hål med hjälp av observationsastronomi och ett framväxande fält känt som gravitationsvågastronomi, Första hypotesen av Albert Einstein, som direkt mäter gravitationsvågorna som emitteras av svarta hål.

Genom dessa fynd om svarta håls gravitationsvågor, som först observerades 2015 av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatories (LIGO) i Louisiana och Washington, forskare har lärt sig spännande detaljer om dessa osynliga föremål och utvecklat teorier och projektioner om allt från deras storlekar till deras fysiska egenskaper.

Fortfarande, begränsningar i LIGO och andra observationstekniker har hindrat forskare från att förstå en mer komplett bild av svarta hål, och en av de största luckorna i kunskap gäller en viss typ av svarta hål:de med medelmassa, eller svarta hål som faller någonstans mellan supermassiva (minst en miljon gånger större än vår sol) och stellar (tänk:mindre, men fortfarande 5 till 50 gånger större än vår sols massa).

Det kan snart förändras tack vare ny forskning från Vanderbilt om vad som är nästa för gravitationsvågastronomi. Studien, ledd av Vanderbilt-astrofysikern Karan Jani och presenterades idag som ett brev i Natur astronomi , presenterar en övertygande färdplan för att fånga 4- till 10-åriga ögonblicksbilder av svarta håls aktivitet med medelmassa.

"Som en symfoniorkester sänder ut ljud över en rad frekvenser, gravitationsvågorna som emitteras av svarta hål inträffar vid olika frekvenser och tider, ", sa Jani. "En del av dessa frekvenser har extremt hög bandbredd, medan vissa har låg bandbredd, och vårt mål i nästa era av gravitationsvågsastronomi är att fånga flerbandsobservationer av båda dessa frekvenser för att "höra hela låten, ' som det var, när det kommer till svarta hål."

Jani, en självutnämnd "svarthålsjägare" som Forbes utnämnde till sin 2017 30 Under 30-lista i Science, var en del av teamet som upptäckte de allra första gravitationsvågorna. Han började på Vanderbilt som GRAVITY postdoktor 2019.

Tillsammans med medarbetare vid Georgia Institute of Technology, California Institute of Technology och Jet Propulsion Laboratory vid NASA, den nya tidningen, "Detekterbarhet av medelstora svarta hål i multiband gravitationsvågastronomi, " tittar på framtiden för LIGO-detektorer tillsammans med det föreslagna rymduppdraget Laser Interferometer Space Antenna (LISA), som skulle hjälpa människor att komma ett steg närmare att förstå vad som händer i och runt svarta hål.

"Möjligheten att mellanliggande massa svarta hål finns men för närvarande är dolda från vår synvinkel är både lockande och frustrerande, sa Deidre Shoemaker, medförfattare till uppsatsen och professor vid Georgia Tech's School of Physics. "Lyckligtvis, Det finns hopp eftersom dessa svarta hål är idealiska källor för framtida multiband gravitationsvågastronomi."

LISA, ett uppdrag som leds gemensamt av Europeiska rymdorganisationen och NASA och planeras för uppskjutning år 2034, skulle förbättra detektionskänsligheten för lågfrekventa gravitationsvågor. Som den första dedikerade rymdbaserade gravitationsvågsdetektorn, LISA skulle ge ett kritiskt mått på en tidigare ouppnåelig frekvens och möjliggöra en mer fullständig observation av svarta hål med medelmassa. Under 2018, Vanderbilts fysik- och astronomiprofessor Kelly Holley-Bockelmann utsågs av NASA till den inledande ordföranden för LISA Study Team.

"Inuti svarta hål, all känd förståelse av vårt universum går sönder, ", tillade Jani. "Med den höga frekvensen som redan fångas av LIGO-detektorer och den låga frekvensen från framtida detektorer och LISA-uppdraget, vi kan sammanföra dessa datapunkter för att fylla många luckor i vår förståelse av svarta hål."