Zwarte gaten blijven een van de meest raadselachtige verschijnselen in de astrofysica. Hoewel de term ‘zwart gat’ een leegte suggereert, zijn deze objecten gebieden in de ruimtetijd waar materie wordt samengedrukt tot een singulariteit – een oneindig dicht punt – terwijl ze zichzelf tegelijkertijd verbergen voor alle elektromagnetische straling. We detecteren ze door hun zwaartekrachtinvloed op nabijgelegen sterren, gas en licht te observeren.

Zwarte gaten worden traditioneel gegroepeerd in drie massaregimes:stellaire massa, middelmatige massa (IMBH) en supermassief. Gaten met een stellaire massa variëren van enkele tot enkele honderden zonsmassa's, terwijl superzware zwarte gaten miljoenen tot miljarden zonsmassa's kunnen wegen. De tussenliggende categorie – grofweg 100 tot enkele honderdduizenden zonsmassa’s – is nog niet bevestigd en heeft de bijnaam ‘missing link’ zwarte gaten opgeleverd. Hun schaarste komt voort uit de moeilijkheid om de laagfrequente zwaartekrachtgolven te detecteren die ze uitzenden tijdens fusies.

In een recente publicatie in de Astrophysical Journal Letters heeft een team onder leiding van assistent-professor Karan Jani van de Vanderbilt Universiteit de gegevens van de zwaartekrachtgolfobservatoria LIGO en Virgo opnieuw onderzocht. Door het toepassen van state-of-the-art golfvormmodellen, het Bayesiaanse inferentietool RIFT en machinale leertechnieken om achtergrondgeluid te onderdrukken, hebben de onderzoekers vijf gebeurtenissen geïdentificeerd (van de elf kandidaat-fusies die tijdens de derde waarnemingsrun zijn geregistreerd) die consistent zijn met de creatie van zwarte gaten met een gemiddelde massa die zich tussen 2,5 miljard en 37 miljard lichtjaar van de aarde bevinden.

Implicaties voor de groei van zwarte gaten en toekomstige observaties

Het bevestigen van het bestaan van IMBH’s biedt kritisch inzicht in hoe zwarte gaten in de kosmische tijd groeien. De huidige detectoren op de grond, zoals LIGO, registreren alleen de laatste seconden van een fusie, waardoor ons begrip van de pre-coalescentiedynamiek die systemen met middelmatige massa produceert, wordt beperkt. De nieuwe analyse toont aan dat het, met verfijnde modellen en geavanceerde ruisonderdrukking, mogelijk is om deze zwakke signalen uit bestaande gegevens te halen.

Vooruitkijkend zullen geplande in de ruimte gestationeerde observatoria zoals de Laser Interferometer Space Antenna (LISA), gepland voor lancering in de jaren 2030, op lagere frequenties opereren en in staat zijn IMBH-fusies over langere perioden te volgen. Op de maan gebaseerde detectoren, vrij van seismische en atmosferische verstoringen van de aarde, worden ook onderzocht als complementaire platforms voor het onderzoeken van laagfrequente zwaartekrachtgolven.

Door deze ongrijpbare zwarte gaten met gemiddelde massa bloot te leggen en paden voor toekomstige detectie uit te stippelen, dichten astronomen een al lang bestaande leemte in onze kennis van de evolutie van zwarte gaten – van de overblijfselen van de eerste sterren tot de superzware reuzen die sterrenstelsels verankeren.