Bolvormige sterrenhopen zijn spectaculair en vol sterren. Ze kunnen ook de perfecte setting zijn voor het herhaaldelijk samenvoegen van zwarte gaten. Dit cluster, gelegen in de Melkweg, heet NGC 362. ESA/Hubble &NASA

Wetenschappers raken vertrouwd met zwarte gaten die 's nachts tegen elkaar botsen. Terug in 2015, de Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (of LIGO) schreef geschiedenis door het gerommel in de ruimtetijd te detecteren dat werd veroorzaakt door twee zwarte gaten die in een verafgelegen sterrenstelsel botsen, ver weg. Deze eerste detectie bevestigde het bestaan ​​van binaire stellaire zwarte gaten, of degenen die zijn geboren uit de spectaculaire supernova-sterfgevallen van massieve sterren. Vanaf dat moment, we hebben verschillende andere fusies ontdekt (plus een bonus neutronensterfusie!).

Nutsvoorzieningen, in onderzoek gepubliceerd op 10 april, 2018, in het tijdschrift Physical Review Letters, onderzoekers suggereren dat zwarte gaten waarschijnlijk herhaaldelijk samensmelten om zwarte gaten te produceren die te massief zijn om door slechts één ster te worden geproduceerd. En bolvormige sterrenhopen zouden de perfecte omgeving kunnen zijn voor het vormen en samenvoegen van dergelijke objecten - steeds weer opnieuw.

"We denken dat deze clusters gevormd zijn met honderden tot duizenden zwarte gaten die snel in het centrum zonken, " zei Carl Rodríguez, van MIT en het Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, in een verklaring. "Dit soort clusters zijn in wezen fabrieken voor binaire zwarte gaten, waar je zoveel zwarte gaten in een klein gebied van de ruimte hebt hangen dat twee zwarte gaten kunnen samensmelten en een zwaarder zwart gat kunnen produceren. Dan kan dat nieuwe zwarte gat een andere metgezel vinden en weer samensmelten."

LIGO heeft een van deze 'fusies van de tweede generatie' nog niet opgepakt. Alle tot nu toe gedetecteerde samensmeltingen hadden betrekking op zwarte gaten van stellaire massa (die waarschijnlijk zijn gevormd door enkele massieve sterren). Mochten de zwaartekrachtsgolven van een samensmeltingsgebeurtenis met een zwart gat van 50 keer de massa van onze zon in de toekomst worden gedetecteerd, echter, dat zou sterk bewijs zijn om te suggereren dat zwarte gaten herhaaldelijk samensmelten. En dat zou spannend zijn.

"Als we maar lang genoeg wachten, dan zal LIGO uiteindelijk iets zien dat alleen van deze sterrenhopen kan komen, omdat het groter zou zijn dan alles wat je zou kunnen krijgen van een enkele ster, ", voegde Rodríguez eraan toe.

De meeste sterrenstelsels zijn de thuisbasis van bolvormige sterrenhopen, met meer clusters in grotere sterrenstelsels. Daarom, massieve elliptische sterrenstelsels kunnen tienduizenden clusters bevatten, overwegende dat de Melkweg er ongeveer 200 heeft, met de dichtstbijzijnde 7, 000 lichtjaar van de aarde. Deze clusters bevatten oude sterren die allemaal in een klein volume zijn gepropt, dus de omstandigheden zijn rijp voor alle zwarte gaten in deze clusters om naar het centrum te vallen en gezellig te worden met andere zwarte gaten die op de loer liggen.

Deze visualisatie van een zwart gat illustreert hoe zijn zwaartekracht ons zicht vervormt, zijn omgeving vervormt alsof hij in een carnavalsspiegel wordt gezien. NASA's Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman

Als twee zwarte gaten dicht bij elkaar drijven nadat ze uit verschillende delen van een cluster zijn gevallen, relativiteitsberekeningen suggereren dat ze zwaartekrachtgolven zullen uitzenden, waardoor ze energie uit hun beweging door het cluster halen. Dit zou ervoor zorgen dat de zwarte gaten langzamer gaan draaien en naar binnen gaan, uiteindelijk bezinken in een binaire baan om elkaar heen. Dan is hun lot bezegeld. Beide zwarte gaten zullen zwaartekrachtgolven blijven uitzenden, waardoor hun baan krimpt totdat het paar botst, samensmelten en uitbarsten met een krachtige zwaartekrachtgolf die met de snelheid van het licht weg zou reizen. Dit nieuw samengevoegde zwarte gat zou dan in de cluster rondhangen, wachtend op een ander zwart gat dat voorbij zou drijven en de binaire dans opnieuw zou beginnen.

Echter, toen het team van Rodriguez de simulaties uitvoerde, ze gingen ervan uit dat de samensmeltende zwarte gaten snel ronddraaiden en de resultaten waren, goed, nogal ballistisch.

"Als de twee zwarte gaten draaien wanneer ze samensmelten, het zwarte gat dat ze creëren, zendt zwaartekrachtsgolven uit in een enkele voorkeursrichting, als een raket, een nieuw zwart gat creëren dat zo snel als 5 kan schieten, 000 kilometer per seconde — dus, waanzinnig snel, "zei Rodriguez. "Er is maar een schop van misschien enkele tientallen tot honderd kilometer per seconde nodig om aan een van deze clusters te ontsnappen."

Door deze logica, als de samengevoegde zwarte gaten uit de clusters worden opgestart, ze kunnen niet meer fuseren. Maar, na analyse van de typische spin van de zwarte gaten gedetecteerd door LIGO, het team ontdekte dat de spin van een zwart gat veel lager is, wat betekent dat er minder kans is dat clusters hun nieuw samengevoegde zwarte gaten loslaten. Na het maken van deze correctie, de onderzoekers ontdekten dat bijna 20 procent van de binaire bestanden van zwarte gaten ten minste één zwart gat zou hebben dat bij een eerdere fusie was gevormd. En volgens hun berekening, zwarte gaten van de tweede generatie zouden een veelbetekenend massabereik moeten hebben tussen 50 en 130 zonsmassa's. Er is geen andere manier om zwarte gaten van deze massa te produceren als er geen fusies waren.

Dus, want nu is het aan 's werelds zwaartekrachtgolfdetectoren om een ​​signaal te vinden dat werd geproduceerd door een zwart gat van de tweede generatie.

Dat is nu interessant

De eigen bolvormige sterrenhoop NGC 362 van de Melkweg zou tussen de 10 en 11 miljard jaar oud zijn. volgens het Europees Ruimteagentschap. Het sterrenstelsel zelf is meer dan 13 miljard jaar oud.