Chiara Mingarelli正致力于通过一个项目来证明超大质量黑洞合并的存在，该项目将吸引高中生参与研究过程
这幅艺术概念图展示了一个星系的核心有一个超大质量的黑洞。黑洞正在喷射无线电波。(NASA图像)
在整个宇宙中，星系正在合并。这个过程产生了10亿倍于太阳质量的超大质量黑洞——至少科学家们认为是这样的。
科学家们还没有能够证明这些超大质量黑洞合并或双星的存在。物理学助理教授Chiara Mingarelli是美国国家科学基金会65万美元合作研究基金的首席研究员，其中一半拨款给康州大学，用于进行一项证明超大质量黑洞双星存在的实验。
激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的研究人员已经探测到高频引力波，表明小型黑洞双星的存在。这些频率在100赫兹范围内。Mingarelli正在寻找纳米赫兹频率范围内的波——比LIGO能探测到的波低十亿倍以上。
这些较小的黑洞在合并之前可以彼此靠得更近，科学家通常可以在不到一秒的时间内看到合并。明加雷利感兴趣的黑洞产生了如此强烈的引力波，以至于在合并发生前数百万年就可以看到它们，而且发生的频率要低得多。
“在非常高的频率下，你可以看到这些微小黑洞合并生命的最后一个光点，”Mingarelli说。“通过nanogravv——脉冲星计时阵列实验——你可以看到它们生命的最后2500万年，因为引力波太大了。”
目前，还没有证据表明超大质量黑洞会合并，或者，如果它们会合并，它们是如何合并的，是什么导致它们合并的，以及它们的引力波是什么样子的。
明加雷利的实验将通过“多信使科学”来解决这些问题。“多信使科学”是一种利用光信号和引力波信号来全面了解这些史诗般的事件的方法。
明加雷利说:“从某种意义上说，我们真的被宠坏了，因为超大质量的黑洞存在于巨大的星系中，这些星系可能非常明亮，所以我们知道去哪里寻找。”“对于像正在合并的超大质量黑洞这样罕见的系统，你能获得的数据越多越好。”
这些光信息将来自于对活动星系核(AGN)的观察。AGN是黑洞的中心，它们的质量正在增加，并喷射出明亮的光流。结合AGN和引力波数据，Mingarelli和她在康涅狄格大学的团队可以估算出有多少超大质量黑洞正在合并并形成引力波背景。
这项拨款将首次把传统天文学和引力波天文学结合起来，使明加雷利和她实验室的学生们站在天体物理学的前沿。
“康涅狄格大学的学生将真正站在世界引力波研究的最前沿，”Mingarelli说。“这可能会真正改变我们对超大质量黑洞合并的认识。”
这种新方法将使明加雷利能够逆向工程宇宙中超大质量黑洞双星的综合模型。
传统上，科学家们将引力波背景与理论星系合并率联系起来。当实际的星系合并产生可观测的agn时，Mingarelli的方法提供了一套更为可靠的测量方法。
普林斯顿大学天体物理学教授珍妮·格林(Jenny Greene)将负责识别更多的agn。有了这些新数据，明加雷利的研究小组将对引力波背景的振幅做出新的预测。
通过这项工作，明加雷利将根据星系中存在超大质量黑洞双星的可能性，从大到小进行排序。
明加雷利说:“这个项目确实为低频引力波和银河系外天文学开辟了一种全新的思路。”“通过我们的新方法，我们不仅可以预测引力波背景的振幅，还可以预测最有可能和最近的超大质量黑洞系统的位置。”
Mingarelli和她的学生将与康涅狄格、新泽西和纽约的高中生一起做这个项目。
学生们将通过与脉冲星搜索合作实验室确定新的脉冲星来为研究做出贡献。脉冲星是宇宙的“灯塔”。它们旋转并以一定的间隔向地球发出无线电波的闪光。引力波，比如由超大质量黑洞双星产生的引力波，会改变物体之间的距离。所以，如果引力波穿过一个星系，它会让脉冲星离地球更近，然后再回到更远的地方。
“它导致了时空的摆动，”明加雷利说。“所以，脉冲星脉冲提前到达，然后延迟……这就是我们如何寻找来自超大质量黑洞的引力波信号。”
学生们将在射电天文学数据中寻找脉冲星。我们的脉冲星计时阵列实验中包含的脉冲星越多，它能探测到的引力波信息就越多，这意味着这些学生将为这项前沿科学努力做出重大贡献。
“有时，在一些被边缘化的社区，学生甚至不知道他们可以成为科学家，他们不知道他们可以以研究黑洞为生，”Mingarelli说。“让他们有机会参与基础研究非常重要，在我看来，帮助学生理解科学是一种可能的职业也是很重要的。”
Mingarelli拥有伯明翰大学的博士学位。她也是熨斗研究所计算天体物理学中心的一名研究科学家。
