利用小黑洞探测大黑洞

位于星系中心的超大质量黑洞的起源，仍然是天文学中最大的谜团之一。它们可能从一开始就非常巨大，在宇宙还很年轻的时候就已经形成。或者，它们可能通过吸积物质和其他黑洞而逐渐增长。当一个超大质量黑洞即将吞噬另一个巨大黑洞时，这将释放出引力波，这些引力波是时空中的涟漪，在宇宙中传播。

探测巨大黑洞的挑战

引力波最近已被探测到，但仅来自恒星遗迹的小型黑洞。目前还无法探测到单独的大型黑洞对的信号，因为现有的探测器对它们发出的极低频率引力波不够敏感。计划中的未来探测器，如欧洲航天局（ESA）主导的太空任务LISA，将部分解决这一问题，但探测最巨大的黑洞对仍然是不可能的。

利用高频测量低频

由苏黎世大学前学生领导的一个国际天体物理学家团队提出了一个新想法和一种新方法，通过分析由附近恒星质量小黑洞组成的双星系统产生的引力波，来探测位于星系中心的超大质量黑洞对。这种方法将需要一个十分之一赫兹的引力波探测器，从而能够发现那些否则可能无法探测到的最大超大质量黑洞双星。

"我们的想法基本上就像收听一个无线电频道。我们建议使用来自小黑洞对的信号，类似于无线电波携带信号的方式。超大质量黑洞是编码在检测信号调频（FM）中的音乐，”该研究的首席作者Jakob Stegmann说，他最初作为访问学者在苏黎世大学开始了这项工作，之后转到马克斯·普朗克天体物理学研究所担任博士后研究员。"这个想法的新颖之处在于利用易于检测的高频来探测我们尚不敏感的低频。”

灯塔指示更大的黑洞

来自脉冲星计时阵列的最新结果已经支持了合并的超大质量黑洞双星的存在。然而，这一证据是间接的，来自许多遥远双星集体信号的背景噪声。

提出的探测单个超大质量黑洞双星的方法利用了它们对附近恒星质量小黑洞双星发出的引力波造成的微妙变化。因此，小黑洞双星实际上就像一个灯塔，揭示了更大黑洞的存在。通过探测小黑洞双星信号中的微小调制，科学家们可以识别出以前隐藏的超大质量黑洞双星，其质量从1000万到1亿倍太阳质量不等，即使在遥远的距离上也能探测到。

苏黎世大学的黑洞理论家、该研究的合著者Lucio Mayer补充道："随着激光干涉空间天线（LISA）的路径在去年1月被欧洲航天局采纳后已经确定，科学界需要评估下一代引力波探测器的最佳策略，特别是它们应该针对哪个频率范围——像这样的研究为优先设计十分之一赫兹探测器提供了强有力的动机。”