Na het uitvoeren van een soort kosmische inventarisatie om stellaire overblijfselen van zwarte gaten te berekenen en te categoriseren, astronomen van de Universiteit van Californië, Irvine heeft geconcludeerd dat er waarschijnlijk tientallen miljoenen van de raadselachtige, donkere objecten in de Melkweg - veel meer dan verwacht.

"We denken dat we hebben aangetoond dat er maar liefst 100 miljoen zwarte gaten in onze melkweg zijn, " zei UCI-voorzitter en hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde James Bullock, co-auteur van een onderzoekspaper over dit onderwerp in het huidige nummer van Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .

De hemelse volkstelling van de UCI begon meer dan anderhalf jaar geleden, kort na het nieuws dat de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, of LIGO, had rimpelingen gedetecteerd in het ruimte-tijd continuüm gecreëerd door de verre botsing van twee zwarte gaten, elk ter grootte van 30 zonnen.

"Fundamenteel, de detectie van zwaartekrachtsgolven was een groot probleem, omdat het een bevestiging was van een belangrijke voorspelling van Einsteins algemene relativiteitstheorie, " zei Bullock. "Maar toen hebben we de astrofysica van het werkelijke resultaat nader bekeken, een samensmelting van twee 30-zonnemassa zwarte gaten. Dat was gewoon verbazingwekkend en vroeg ons af, 'Hoe vaak komen zwarte gaten van deze grootte voor, en hoe vaak fuseren ze?'"

Hij zei dat wetenschappers aannemen dat de meeste stellaire overblijfselen van zwarte gaten - die het gevolg zijn van de ineenstorting van massieve sterren aan het einde van hun leven - ongeveer dezelfde massa zullen hebben als onze zon. Om het bewijs te zien van twee zwarte gaten van zulke epische proporties die uiteindelijk samenkwamen in een catastrofale botsing, moesten sommige astronomen hun hoofd krabben.

Het werk van de UCI was een theoretisch onderzoek naar de "vreemdheid van de LIGO-ontdekking, " zei Bullock. Het onderzoek, onder leiding van promovendus Oliver Elbert, was een poging om de detectie van zwaartekrachtgolven te interpreteren door de lens van wat bekend is over de vorming van sterrenstelsels en om een ​​raamwerk te vormen voor het begrijpen van toekomstige gebeurtenissen.

"Op basis van wat we weten over stervorming in verschillende soorten sterrenstelsels, we kunnen afleiden wanneer en hoeveel zwarte gaten in elk sterrenstelsel zijn gevormd, "Zei Elbert. "Grote sterrenstelsels zijn de thuisbasis van oudere sterren, en ze herbergen ook oudere zwarte gaten."

Volgens co-auteur Manoj Kaplinghat, UCI-hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde, het aantal zwarte gaten met een bepaalde massa per melkwegstelsel hangt af van de grootte van het melkwegstelsel.

De reden is dat grotere sterrenstelsels veel metaalrijke sterren hebben, en kleinere dwergstelsels worden gedomineerd door grote sterren met een lage metalliciteit. Sterren die veel zwaardere elementen bevatten, zoals onze zon, veel van die massa over hun leven kwijt. Als het tijd is dat iemand het allemaal in een supernova beëindigt, er is niet zoveel materie meer om op zichzelf in te storten, resulterend in een zwart gat met een lagere massa. Grote sterren met een laag metaalgehalte verliezen in de loop van de tijd niet zoveel van hun massa, dus als een van hen sterft, bijna al zijn massa zal in het zwarte gat terechtkomen.

"We hebben een redelijk goed begrip van de totale populatie sterren in het universum en hun massaverdeling bij hun geboorte, zodat we kunnen zien hoeveel zwarte gaten er zouden moeten zijn gevormd met 100 zonsmassa's versus 10 zonsmassa's, " zei Bullock. "We waren in staat om uit te rekenen hoeveel grote zwarte gaten er zouden moeten zijn, en het eindigde in de miljoenen - veel meer dan ik had verwacht."

In aanvulling, om licht te werpen op latere verschijnselen, de UCI-onderzoekers probeerden te bepalen hoe vaak zwarte gaten in paren voorkomen, hoe vaak ze samensmelten, en hoe lang het duurt. Ze vroegen zich af of de door LIGO gedetecteerde zwarte gaten met 30 zonnemassa miljarden jaren geleden zijn geboren en er lang over hebben gedaan om samen te smelten of recenter zijn ontstaan ​​(in de afgelopen 100 miljoen jaar) en kort daarna zijn samengevoegd.

"We laten zien dat slechts 0,1 tot 1 procent van de gevormde zwarte gaten hoeft te fuseren om te verklaren wat LIGO zag, " zei Kaplinghat. "Natuurlijk, de zwarte gaten moeten dichtbij genoeg komen om binnen een redelijke tijd samen te smelten, dat is een open probleem."

Elbert said he expects many more gravitation wave detections so that he and other astronomers can determine if black holes collide mostly in giant galaxies. Dat, hij zei, would tell them something important about the physics that drive them to coalesce.

According to Kaplinghat, they may not have to wait too long, relatively speaking. "If the current ideas about stellar evolution are right, then our calculations indicate that mergers of even 50-solar-mass black holes will be detected in a few years, " hij zei.