I januar 2016 lavede forskere ved Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) historie, da de annoncerede den første nogensinde påvisning af gravitationsbølger. Støttet af National Science Foundation (NSF) og drevet af Caltech og MIT er LIGO dedikeret til at studere de bølger, der er forudsagt af Einsteins teori om generel relativitet og forårsaget af fusioner i sort hul.
Ifølge en ny undersøgelse fra et team af astronomer fra Center for Cosmology ved University of California Irvine er sådanne fusioner langt mere almindelige, end vi troede. Efter at have foretaget en undersøgelse af kosmos beregnet til at beregne og kategorisere sorte huller, besluttede UCI-teamet, at der kunne være så mange som 100 millioner sorte huller i galaksen, et fund, der har væsentlige konsekvenser for studiet af tyngdekraftsbølger.
Undersøgelsen, der beskriver deres fund, med titlen "Counting Black Holes: The Cosmic Stellar Remnant Population and Implications for LIGO", dukkede for nylig op i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society. Under ledelse af Oliver D. Elbert, en postdoc-studerende ved Institut for Fysik og Astronomi ved UC Irvine, gennemførte teamet en analyse af tyngdekraftsbølgesignaler, der er blevet opdaget af LIGO.
Deres undersøgelse begyndte for ca. halvandet år siden, kort efter at LIGO annoncerede den første påvisning af tyngdekraftsbølger. Disse bølger blev skabt ved fusionen af to fjerne sorte huller, som hver var ækvivalent i masse til ca. 30 solskins. Som James Bullock, professor i fysik og astronomi ved UC Irvine og en medforfatter på papiret, forklarede i en UCI-pressemeddelelse:
”Grundlæggende var detekteringen af tyngdekraftsbølger en stor aftale, da det var en bekræftelse af en nøgleprædiks for Einsteins generelle relativitetsteori. Men så kiggede vi nærmere på astrofysikken i det faktiske resultat, en fusion af to sorte huller med 30 solmasse. Det var simpelthen forbløffende og fik os til at spørge: "Hvor almindelige er sorte huller i denne størrelse, og hvor ofte smelter de sammen?"
Traditionelt har astronomer været af den opfattelse, at sorte huller typisk ville være omtrent den samme masse som vores sol. Som sådan forsøgte de at fortolke de flere gravitationsbølgedetektioner foretaget af LIGO med hensyn til hvad der er kendt om galaksdannelse. Ud over dette forsøgte de også at skabe en ramme for forudsigelse af fremtidige fusioner i sort hul.
Derefter konkluderede de, at Mælkevejsegalaksen ville være hjemsted for op til 100 millioner sorte huller, hvoraf 10 millioner ville have en anslået masse på ca. 30 solmasser - dvs. svarende til dem, der fusionerede og skabte de første gravitationsbølger opdaget af LIGO i 2016. I mellemtiden ville dværggalakser - som Draco Dwarf, der kredser i en afstand af ca. 250.000 ly fra centrum af vores galakse - være omkring 100 sorte huller.
De bestemte endvidere, at i dag bor de fleste sorte huller med lav masse (~ 10 solmasser) inden for galakser på 1 billion solmasser (massive galakser), mens massive sorte huller (~ 50 solmasser) bor inden for galakser, der har ca. 10 milliarder solmasser (dvs. dværg galakser). Efter at have overvejet forholdet mellem galaksmasse og stjernemetallicitet, fortolkede de en galakas sorte huloptælling som en funktion af dens stjernemasse.
Derudover forsøgte de også at bestemme, hvor ofte sorte huller forekommer i par, hvor ofte de smelter sammen, og hvor lang tid dette vil tage. Deres analyse indikerede, at kun en lille brøkdel af sorte huller skulle være involveret i fusioner for at imødekomme, hvad LIGO observerede. Det bød også på forudsigelser, der viste, hvordan endnu større sorte huller kunne smelte sammen inden for det næste årti.
Som Manoj Kaplinghat, også UCI-professor i fysik og astronomi og den anden medforfatter på studiet, forklarede:
”Vi viser, at kun 0,1 til 1 procent af de dannede sorte huller er nødt til at slå sig sammen for at forklare, hvad LIGO så. Naturligvis skal de sorte huller komme tæt nok til at fusionere på en rimelig tid, hvilket er et åbent problem ... Hvis de nuværende ideer om stjernernes udvikling er rigtige, antyder vores beregninger, at fusioner af endda 50-solsmasse sorte huller vil blive opdaget om et par år. ”
Med andre ord kunne vores galakse vrimle af sorte huller, og fusioner kunne ske regelmæssigt (i forhold til kosmologiske tidsskalaer). Som sådan kan vi forvente, at mange flere gravitationsbølgedetektioner vil være mulige i de kommende år. Dette burde ikke komme som nogen overraskelse, da LIGO har foretaget yderligere to afsløringer siden vinteren 2016.
Med mange flere, der forventes at komme, vil astronomer have mange muligheder for at studere sorte huller fusioner, for ikke at nævne den fysik, der driver dem!
