Schiet een geweer, en de terugslag kan je achterover slaan. Voeg twee zwarte gaten samen in een binair systeem, en het verlies van momentum geeft een vergelijkbare terugslag - een "kick" - aan het samengevoegde zwarte gat.

"Voor sommige binaire bestanden, de kick kan oplopen tot 5000 kilometer per seconde, die groter is dan de ontsnappingssnelheid van de meeste sterrenstelsels, " zei Vijay Varma, een astrofysicus aan het California Institute of Technology en een inkomende inaugurele Klarman Fellow aan de Cornell University's College of Arts &Sciences.

Varma en zijn collega-onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld om met behulp van zwaartekrachtsgolfmetingen te voorspellen wanneer een laatste zwart gat in zijn gastmelkweg zal blijven en wanneer het zal worden uitgeworpen. Dergelijke metingen zouden een cruciaal ontbrekend stukje van de puzzel kunnen vormen achter de oorsprong van zware zwarte gaten, zei Varma, en bieden ook inzicht in de evolutie van sterrenstelsels en tests van de algemene relativiteitstheorie. Hij is hoofdauteur van "Extracting the Gravitational Recoil from Black Hole Merger Signals, " gepubliceerd op 13 maart in Fysieke beoordelingsbrieven en co-auteur met Maximiliano Isi en Sylvia Biscoveanu van het Massachusetts Institute of Technology.

Zoals zwarte gaten in een binair systeem cirkelen, hun zwaartekrachtsgolven voeren energie en impulsmoment weg, waardoor het binaire systeem krimpt terwijl het naar binnen spiraliseert. Als een systeem asymmetrieën heeft, zoals ongelijke massa's, zwaartekrachtgolven worden niet in alle richtingen gelijk uitgezonden, wat een netto verlies van lineair momentum veroorzaakt, resulterend in een terugslag. Het grootste deel van die terugslag vindt plaats vlak bij de fusie, wat kan resulteren in een kick die groot genoeg is om het nieuw samengevoegde zwarte gat uit zijn gastmelkwegstelsel te extraheren.

De modellen van de onderzoekers zijn gebaseerd op supercomputersimulaties die Einsteins algemene relativiteitsvergelijkingen numeriek oplossen. De simulaties zijn uitgevoerd als onderdeel van een grotere onderzoeksinspanning in het kader van de Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration, waarbij onderzoeksgroepen van Caltech en Cornell betrokken zijn. Saul Teukolski, Cornell's Hans A. Bethe hoogleraar natuurkunde, fungeert als groepsleider.

"Dit onderzoek laat zien hoe gravitatiegolfsignalen kunnen worden gebruikt om op een onverwachte manier over astrofysische verschijnselen te leren, "zei Teukolsky. "Er werd aangenomen dat we meer dan tien jaar zouden moeten wachten op detectoren die gevoelig genoeg zijn om dit soort werk te doen, maar dit onderzoek laat zien dat we het nu kunnen doen - heel spannend!"

Hoewel de bestaande publiek beschikbare zwaartekrachtsgolfsignalen aangekondigd door LIGO en Virgo niet sterk genoeg waren voor een goede terugslagmeting, Volgens de auteurs zal deze methode, naarmate deze detectoren de komende jaren verbeteren, in staat zijn om de kick betrouwbaar te meten.