U siječnju 2016., istraživači Laser interferometra gravitacijsko-valnog opservatorija (LIGO) napravili su povijest kada su najavili prvo otkrivanje gravitacijskih valova. Podržana od strane Nacionalne zaklade za znanost (NSF) i kojom upravljaju Caltech i MIT, LIGO je posvećen proučavanju valova predviđenih Einsteinovom teorijom opće relativnosti i uzrokovanim spajanjem crnih rupa.
Prema novoj studiji tima astronoma s Centra za kozmologiju Sveučilišta u Irvineu u Kaliforniji, takva su spajanja daleko češća nego što smo mislili. Nakon provođenja istraživanja kozmosa namijenjenog izračunavanju i kategorizaciji crnih rupa, UCI tim utvrdio je da u galaksiji može biti čak 100 milijuna crnih rupa, što otkriće ima značajne implikacije na proučavanje gravitacijskih valova.
Studija koja detaljno opisuje njihova otkrića, pod nazivom "Brojanje crnih rupa: Pozorište i posljedice kozmičkog zvjezdanog ostatka i posljedice za LIGO", nedavno se pojavilo u časopisu Mjesečne obavijesti Kraljevskog astronomskog društva. Pod vodstvom Olivera D. Elberta, poslijediplomskog studenta na katedri za fiziku i astronomiju na UC Irvine, tim je proveo analizu signala gravitacijskog vala koje je detektirao LIGO.
Njihova studija započela je otprilike prije godinu i pol, ubrzo nakon što je LIGO najavio prvo otkrivanje gravitacijskih valova. Ti su valovi nastali spajanjem dviju udaljenih crnih rupa, od kojih je svaka bila jednaka približno 30 Sunca. Kao što je James Bullock, profesor fizike i astronomije na UC Irvine i koautor knjige, objasnio u priopćenju za UCI:
"U osnovi je otkrivanje gravitacijskih valova bilo ogromno, jer je bilo potvrda ključnog predviđanja Einsteinove opće teorije relativnosti. Ali tada smo pobliže pogledali astrofiziku stvarnog rezultata, spajanje dvije crne rupe od 30 sunčevih masa. To je bilo jednostavno zapanjujuće i pitalo nas je: "Koliko su crne rupe takve veličine i koliko često se spajaju?"
Tradicionalno, astronomi su mišljenja da bi crne rupe bile otprilike iste mase kao i naše Sunce. Kao takvi, pokušali su protumačiti detekcije višestrukog gravitacijskog vala koje je napravio LIGO u smislu onoga što je poznato o stvaranju galaksija. Pored toga, također su nastojali stvoriti okvir za predviđanje budućih spajanja crnih rupa.
Iz ovoga su zaključili da će galaksija Mliječni put biti dom do 100 milijuna crnih rupa, od kojih bi 10 milijuna imalo procijenjenu masu od oko 30 solarnih masa - tj. Slično onima koje su se spojile i stvorile prve gravitacijske valove koje je otkrio LIGO 2016. U međuvremenu, patuljaste galaksije - poput patuljka Draco, koje orbitiraju na udaljenosti od oko 250 000 ly od središta naše galaksije - smjestile bi oko 100 crnih rupa.
Nadalje su utvrdili da danas većina crnih rupa male mase (~ 10 Sunčevih masa) živi unutar galaksija od 1 trilijuna solarnih masa (masivne galaksije), dok ogromne crne rupe (~ 50 Sunčevih masa) žive unutar galaksija koje imaju oko 10 milijardi solarne mase (tj. patuljaste galaksije). Nakon što su razmotrili odnos mase galaksije i metalne zvijezde, protumačili su brojanje crnih rupa galaksije kao funkciju njegove zvjezdane mase.
Osim toga, također su pokušavali utvrditi koliko često se crne rupe pojavljuju u parovima, koliko često se spajaju i koliko dugo će im ovo trebati. Njihova analiza pokazala je da će samo mali dio crnih rupa trebati biti uključen u spajanja kako bi se prilagodilo onome što je LIGO uočio. Također je ponudio predviđanja koja su pokazala kako bi se još veće crne rupe mogle spojiti u sljedećem desetljeću.
Kao što je Manoj Kaplinghat, također profesor fizike i astronomije, i drugi koautor studije, objasnio je:
„Pokazujemo da se samo 0,1 do 1 posto nastalih crnih rupa mora spojiti da objasni što je LIGO vidio. Naravno, crne rupe moraju se dovoljno približiti da bi se spojile u razumnom vremenu, što je otvoren problem ... Ako su trenutne ideje o evoluciji zvjezdana ispravne, onda naši proračuni pokazuju da će spajanje čak i crnih rupa od 50 solarnih masa biti otkriveni za nekoliko godina. "
Drugim riječima, naša galaksija mogla bi biti ispunjena crnim rupama, a spajanja se mogu događati redovito (u odnosu na kosmološke vremenske okvire). Kao takav, možemo očekivati da će u narednim godinama biti moguće mnogo više detekcija gravitacijskih valova. Ovo ne bi trebalo biti iznenađenje, budući da je LIGO od zime 2016. napravio dvije dodatne detekcije.
S mnogo više kojih se očekuje, astronomi će imati mnogo prilika za proučavanje spajanja crnih rupa, a da ne spominjemo fiziku koja ih pokreće!
