2016 januárjában a Lézer Interferométer Gravitációs Hullám Megfigyelőközpont (LIGO) kutatói történetet tettek, amikor bejelentették a gravitációs hullámok első észlelését. A Nemzeti Tudományos Alapítvány (NSF) támogatásával, valamint a Caltech és az MIT működtetésével a LIGO az Einstein által az általános relativitáselmélet által előrejelzett és a fekete lyukú fúziók által előidézett hullámok tanulmányozására szolgál.
A kaliforniai Irvinei Egyetem Kozmológiai Központjának csillagászai által készített új tanulmány szerint az ilyen összeolvadások sokkal gyakoribbak, mint gondoltuk. A fekete lyukak kiszámítását és kategorizálását célzó kozmosz felmérésének elvégzése után az UCI csapata megállapította, hogy akár 100 millió fekete lyuk is lehet a galaxisban, ez a megállapítás jelentős hatással van a gravitációs hullámok tanulmányozására.
A megállapításokat részletező tanulmány, a „Fekete lyukak számlálása: a kozmikus csillagok maradványai és a LIGO következményei” címmel, nemrégiben jelent meg a A Királyi Csillagászati Társaság havi értesítései. Oliver D. Elbert vezetésével, az UC Irvine Fizikai és Csillagászati Tanszékének posztdoktori hallgatójával, a csoport elvégezte a gravitációs hullámjelek elemzését, amelyeket a LIGO észlel.
Kutatásuk körülbelül másfél évvel ezelőtt kezdődött, nem sokkal azután, hogy a LIGO bejelentette a gravitációs hullámok első észlelését. Ezeket a hullámokat két távoli fekete lyuk egyesítése hozta létre, amelyek tömege mintegy 30 Napnak felel meg. Ahogy James Bullock, az UC Irvine fizikai és csillagászati professzora és a cikkben szereplő társszerző egy UCI sajtóközleményben kifejtette:
„Alapvetően a gravitációs hullámok kimutatása óriási ügy volt, mivel megerősítette az Einstein általános relativitáselméletének alapvető előrejelzését. De aztán közelebbről megvizsgáltuk a tényleges eredmény asztrofizikáját, egy két 30 napelemes tömegű fekete lyuk egyesülését. Ez egyszerűen megdöbbentő volt, és arra kérdeztük, hogy "Mennyire gyakoriak ilyen méretű fekete lyukak, és milyen gyakran egyesülnek egymással?" "
A csillagászok hagyományosan azon a véleményen vannak, hogy a fekete lyukak tömege általában megegyezik a Napunk tömegével. Mint ilyen, megpróbálták a LIGO többszörös gravitációs hullámdetektációit a galaxisok kialakulásáról ismert módon értelmezni. Ezen túlmenően megkísérelték létrehozni egy keretet a fekete lyuk jövőbeli egyesülésének előrejelzésére.
Ebből arra a következtetésre jutottak, hogy a Tejút-galaxisban legfeljebb 100 millió fekete lyuk ad otthont, amelyekből 10 millió becsült tömege körülbelül 30 napelemes tömeg lesz - azaz hasonló azokhoz, amelyek összeolvadtak és létrehoztak az első gravitációs hullámokat, amelyeket a Időközben a törpe galaxisok - mint például a Draco törpe, amely körülbelül 250 000 l távolságra kerül galaxisunk közepétől - mintegy 100 fekete lyukot tárol.
Megállapították továbbá, hogy manapság a legtöbb kis tömegű fekete lyuk (~ 10 napelemes tömeg) 1 trillió napenergia tömegű galaxisokban (hatalmas galaxisokban) helyezkedik el, míg hatalmas fekete lyukakban (~ 50 napelemes tömeg) a körülbelül 10 milliárd napenergiájú galaxisokban találhatók. (azaz törpe galaxisok). Miután megvizsgálták a galaxis tömegének és a csillagok fémességének kapcsolatát, értelmezték a galaxis fekete lyukának számát csillagtömegének függvényében.
Ezen túlmenően megkísérelték meghatározni, hogy a fekete lyukak milyen gyakran fordulnak elő párokban, milyen gyakran egyesülnek és mennyi ideig tartana ez. Elemzésük azt mutatta, hogy csak egy apró részét a fekete lyukakról kellene bevonni az egyesülésekbe, hogy megfeleljenek a LIGO megfigyelésének. Ezenkívül olyan előrejelzéseket is felajánlott, amelyek megmutatták, hogy a következő évtizedben még nagyobb fekete lyukak tudnak egyesülni.
Mint Manoj Kaplinghat, a fizika és a csillagászat UCI professzora és a tanulmány második társszerzője, elmagyarázta:
„Megmutatjuk, hogy a képződött fekete lyukaknak csak 0,1–1% -ának kell összeolvadnia, hogy megmagyarázza, mit látott a LIGO. Természetesen a fekete lyukaknak elég közel kell lenniük ahhoz, hogy ésszerű időn belül összeolvadjanak, ami nyitott probléma ... Ha a csillagok fejlődéséről szóló jelenlegi elképzelések helyesek, akkor a számítások azt mutatják, hogy akár 50 napelemes tömegű fekete lyuk egyesülései is néhány év alatt felismerhetők. ”
Más szavakkal, galaxisunkon fekete lyukak lehetnek, és fúziók rendszeresen zajlanak (a kozmológiai idõtartamhoz viszonyítva). Mint ilyen, arra számíthatunk, hogy az elkövetkező években sokkal több gravitációs hullám észlelése lesz lehetséges. Ennek nem meglepőnek lennie, látva, hogy a LIGO miként készített két további észlelést 2016 téli óta.
Mivel még sok más várható, a csillagászoknak számos lehetőségük lesz a fekete lyukak összeolvadásának tanulmányozására, nem is beszélve a fizikáról, amely őket vezérli!
