Gravitatiegolfonderzoekers van de Universiteit van Birmingham hebben een nieuw model ontwikkeld dat astronomen kan helpen bij het opsporen van de oorsprong van zware zwarte-gatsystemen in het heelal.

Zwarte gaten worden gevormd na de ineenstorting van sterren en mogelijk supernova-explosies. Deze kolossaal dichte objecten worden gemeten in termen van zonnemassa's (M _⊙ ) - de massa van onze zon.

Typisch, sterren zullen alleen zwarte gaten vormen met massa's tot 45 M _⊙ . Deze systemen worden vervolgens gekoppeld en samengevoegd, zwaartekrachtgolven produceren die worden waargenomen door de LIGO- en Virgo-detectoren.

Stellaire ineenstorting, echter, veroorzaakt instabiliteiten die de vorming van zwaardere zwarte gaten verhinderen - er is dus een nieuw model nodig om het bestaan ​​van binaire zwarte gatensystemen met massa's groter dan ongeveer 50 M te verklaren _⊙ .

Men denkt dat deze objecten zijn gevormd uit binaire zwarte gaten die vervolgens zijn samengesmolten met andere zwarte gaten. Wetenschappers zijn van mening dat deze 'next generation' zwarte gaten - bestaande uit de fusie van hun 'ouders' - de zwaardere zwarte gaten zouden kunnen zijn die door LIGO en Virgo worden waargenomen.

In een nieuwe studie, gepubliceerd in Fysieke beoordeling D Snelle communicatie, onderzoekers van het Institute for Gravitational Wave Astronomy van de Universiteit van Birmingham, suggereren dat toekomstige detecties van meerdere generaties van samensmeltingen van zwarte gaten ons in staat zouden stellen hun geboorteplaats te achterhalen. Ze hebben nieuwe berekeningen gemaakt die astronomen kunnen helpen deze fusies beter te begrijpen - en waar ze ze kunnen vinden.

"Sterclusters - groepen sterren die door de zwaartekracht aan elkaar zijn gebonden - zouden kunnen werken als 'kraamkamers' van zwarte gaten, een ideale omgeving bieden om generaties zwarte gaten te laten groeien, " legt Dr. Davide Gerosa uit, hoofdauteur van het artikel. "Maar om te weten welk type sterrenhopen deze het meest waarschijnlijk kunnen produceren, we moeten eerst iets weten over de fysieke omstandigheden die nodig zijn."

Het team gelooft dat ze een deel van de oplossing voor deze puzzel hebben gevonden door de waarschijnlijke 'ontsnappingssnelheid' te berekenen die een cluster nodig heeft om een ​​zwart gat met een massa van meer dan 50 M te kunnen herbergen _⊙ . De ontsnappingssnelheid is de snelheid waarmee een object zou moeten reizen om aan de zwaartekracht te ontsnappen. Bijvoorbeeld, een raket die de aarde verlaat, zou met 11 km/s moeten reizen (25, 000 mph) om in een baan om de aarde te komen.

Als ze fuseren, zwarte gaten krijgen terugslag of kick. Net zoals een geweer terugdeinst als een kogel wordt afgeschoten, zwarte gaten deinzen terug als zwaartekrachtgolven worden uitgezonden. De volgende generatie zwarte gaten kan zich alleen vormen als hun ouders niet uit het cluster zijn 'geschopt', d.w.z. alleen als de ontsnappingssnelheid van het cluster groot genoeg is.

Het team berekende dat het observeren van zwarte gaten met een massa van meer dan 50 M _⊙ zou suggereren dat het cluster waar ze woonden een ontsnappingssnelheid had die groter was dan ongeveer 50 km/s.

Co-auteur Professor Emanuele Berti van de Johns Hopkins University, legt uit:"Waarnemingen door zwaartekrachtgolven bieden een ongekende kans om de astrofysische omgevingen te begrijpen waar zwarte gaten zich vormen en evolueren. Een zeer massale gebeurtenis zou wijzen op een dichte omgeving met een grote ontsnappingssnelheid".

Waar vind je dit soort dichte clusters? Veel voorspellingen voor LIGO en Virgo waren tot nu toe geconcentreerd op 'bolvormige sterrenhopen' - bolvormige verzamelingen van ongeveer een miljoen sterren die stevig aan elkaar vastzitten in de buitenwijken van sterrenstelsels. Hun ontsnappingssnelheid, echter, is te laag. Deze nieuwe studie toont aan dat het onwaarschijnlijk is dat bolvormige clusters meerdere generaties zwarte gaten herbergen. Astronomen zullen verder moeten zoeken:nucleaire sterrenhopen, die in de richting van het centrum van sommige sterrenstelsels worden gevonden, zijn dicht genoeg en kunnen het soort omgeving bieden dat nodig is om deze objecten te produceren.

"Zwaartekrachtgolfastronomie zorgt voor een revolutie in ons begrip van het heelal, " zegt Dr. Gerosa. "We wachten allemaal op de komende resultaten van LIGO en Maagd om deze en andere astrofysische voorspellingen op de proef te stellen".