Wetenschappers raken bekend met zwarte gaten die 's nachts tegen elkaar botsen. In 2015 schreef het Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (of LIGO) geschiedenis door het gerommel in de ruimtetijd te detecteren, veroorzaakt door twee zwarte gaten die met elkaar botsen in een sterrenstelsel ver, ver weg. Deze eerste detectie bevestigde het bestaan ​​van binaire zwarte gaten met een stellaire massa, oftewel gaten die zijn ontstaan ​​door de spectaculaire supernova-sterfte van massieve sterren. Sindsdien hebben we verschillende andere fusies gedetecteerd (plus een bonusfusie van neutronensterren!).

In onderzoek gepubliceerd op 10 april 2018 in het tijdschrift Physical Review Letters suggereren onderzoekers dat zwarte gaten waarschijnlijk herhaaldelijk samensmelten en zwarte gaten produceren die te zwaar zijn om door slechts één ster te worden geproduceerd. En bolvormige sterrenhopen zouden de perfecte buurt kunnen zijn waar zulke objecten zich kunnen vormen en samensmelten – keer op keer.

"We denken dat deze clusters zijn gevormd met honderden tot duizenden zwarte gaten die snel in het centrum zijn gezonken", zegt Carl Rodriguez van MIT en het Kavli Instituut voor Astrofysica en Ruimteonderzoek in een verklaring. “Dit soort clusters zijn in wezen fabrieken voor binaire bestanden met zwarte gaten, waarbij zoveel zwarte gaten in een klein gebied in de ruimte rondhangen dat twee zwarte gaten kunnen samensmelten en een massiever zwart gat kunnen produceren. Dan kan dat nieuwe zwarte gat dat doen. zoek een andere metgezel en voeg opnieuw samen."

LIGO heeft een van deze ‘tweede generatie fusies’ nog niet opgemerkt. Bij alle tot nu toe ontdekte samensmeltingen zijn zwarte gaten met een stellaire massa betrokken (waarschijnlijk gevormd door afzonderlijke massieve sterren). Mochten in de toekomst echter zwaartekrachtsgolven van een fusiegebeurtenis waarbij een zwart gat met een massa van 50 keer de massa van onze zon betrokken is, worden gedetecteerd, dan zou dat sterk bewijs zijn dat wijst op het herhaaldelijk samensmelten van zwarte gaten. En dat zou spannend zijn.

"Als we lang genoeg wachten, zal LIGO uiteindelijk iets zien dat alleen van deze sterrenhopen afkomstig kan zijn, omdat het groter zou zijn dan alles wat je uit een enkele ster zou kunnen halen", aldus Rodriguez.

De meeste sterrenstelsels herbergen bolvormige sterrenhopen, terwijl er meer clusters in grotere sterrenstelsels voorkomen. Daarom kunnen massieve elliptische sterrenstelsels tienduizenden clusters herbergen, terwijl de Melkweg er ongeveer 200 heeft, waarvan de dichtstbijzijnde zich op 7000 lichtjaar van de aarde bevindt. Deze clusters bevatten oude sterren die allemaal in een klein volume zijn gepropt, dus de omstandigheden zijn er rijp voor dat zwarte gaten in deze clusters naar het midden vallen en gezellig samenkomen met andere zwarte gaten die op de loer liggen.

Moeten twee zwarte gaten zijn dicht bij elkaar drijven nadat ze uit verschillende delen van een cluster zijn gevallen, suggereren relativiteitsberekeningen dat ze zwaartekrachtsgolven zullen uitzenden, waardoor ze energie onttrekken aan hun beweging door het cluster. Dit zou ervoor zorgen dat de zwarte gaten langzamer gaan draaien en in een spiraal terechtkomen, en uiteindelijk in een binaire baan om elkaar heen terechtkomen. Dan wordt hun lot bezegeld. Beide zwarte gaten zullen zwaartekrachtsgolven blijven uitzenden, waardoor hun baan kleiner wordt totdat het paar botst, samensmelt en uitbarst met een krachtige zwaartekrachtgolf die zich met de snelheid van het licht zou voortbewegen. Dit nieuw samengevoegde zwarte gat zou dan rondhangen in de cluster, wachtend tot er weer een zwart gat voorbij zou drijven en de binaire dans opnieuw zou beginnen.

Toen het team van Rodriguez de simulaties uitvoerde, gingen ze er echter van uit dat de samensmeltende zwarte gaten snel ronddraaiden en dat de resultaten behoorlijk ballistisch waren.

‘Als de twee zwarte gaten ronddraaien wanneer ze samensmelten, zal het zwarte gat dat ze creëren zwaartekrachtgolven uitzenden in een enkele voorkeursrichting, zoals een raket, waardoor een nieuw zwart gat ontstaat dat met een snelheid van 5.000 kilometer per seconde kan uitschieten – dus, waanzinnig snel", aldus Rodriguez. "Er is maar een trap van misschien enkele tientallen tot honderd kilometer per seconde nodig om aan een van deze clusters te ontsnappen."

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

Voorlopig is het dus de taak van de zwaartekrachtgolfdetectoren ter wereld om een ​​signaal te vinden dat werd geproduceerd door een zwart gat van de tweede generatie.

Dat is interessant

Volgens de European Space Agency wordt aangenomen dat de bolvormige sterrenhoop NGC 362, de eigen bolvormige sterrenhoop van de Melkweg, tussen de 10 en 11 miljard jaar oud is. Het sterrenstelsel zelf is meer dan 13 miljard jaar oud.