Hvor i universet kan man finde en børnehave med sort hul?

Gravitationsbølgeforskere ved University of Birmingham har udviklet en ny model, der kan hjælpe astronomer med at spore oprindelsen af ​​tunge sorte hul-systemer i universet.

Sorte huller dannes efter stjernernes kollaps og muligvis supernovaeksplosioner. Disse kolossalt tætte objekter måles i form af solmasser (M _⊙ ) - massen af ​​vores sol.

Typisk, stjerner vil kun danne sorte huller med masser på op til 45 M _⊙ . Disse systemer parrer og smelter derefter sammen, producerer gravitationsbølger, der observeres af LIGO- og Jomfru-detektorerne.

Stjernesammenbrud, imidlertid, forårsager ustabiliteter, der forhindrer dannelsen af ​​tungere sorte huller - så en ny model er nødvendig for at forklare eksistensen af ​​binære sorte hul-systemer med masser større end omkring 50 M _⊙ .

Disse objekter menes at være dannet af binære sorte huller, som derefter er gået sammen med andre sorte huller. Forskere mener, at disse 'næste generation' sorte huller — der består af sammenlægningen af ​​deres 'forældre' — kan være de tungere sorte huller, der kan observeres af LIGO og Jomfruen.

I en ny undersøgelse, udgivet i Fysisk gennemgang D Hurtig kommunikation, forskere fra University of Birminghams Institute for Gravitational Wave Astronomy, tyder på, at fremtidige påvisninger af flere generationer af sorte hul-fusioner ville give os mulighed for at finde ud af deres fødested. De har produceret nye beregninger, der kunne hjælpe astronomer til bedre at forstå disse fusioner - og hvor man kan finde dem.

"Stjernehobe - grupper af stjerner, der er bundet sammen af ​​tyngdekraften - kan fungere som sorte hullers 'planteskoler', giver et ideelt miljø til at dyrke generationer af sorte huller, " forklarer Dr. Davide Gerosa, hovedforfatter af papiret. "Men for at vide, hvilken type stjernehobe, der mest sandsynligt er i stand til at producere disse, vi skal først vide noget om de fysiske forhold, der ville være nødvendige."

Holdet mener, at de har fundet en del af løsningen på dette puslespil ved at beregne den sandsynlige 'flugthastighed' en klynge skal have for at være i stand til at være vært for et sort hul med en masse over 50 M _⊙ . Flugthastigheden er den hastighed, som et objekt skal bevæge sig med for at undslippe tyngdekraften. For eksempel, en raket, der forlader jorden, skal rejse med 11 km/s (25, 000 mph) for at komme i kredsløb.

Når de smelter sammen, sorte huller modtager rekyl eller spark. Meget ligesom en pistol rekylerer, når en kugle bliver skudt, sorte huller rekylerer, når gravitationsbølger udsendes. Den næste generation af sorte huller kan kun dannes, hvis deres forældre ikke er blevet 'smidt ud' af klyngen, altså kun hvis flugthastigheden for klyngen er stor nok.

Holdet beregnede, at observation af sorte huller med masse over 50 M _⊙ ville antyde, at klyngen, hvor de boede, havde en flugthastighed større end omkring 50 km/s.

Medforfatter professor Emanuele Berti fra Johns Hopkins University, forklarer:"Gravitationsbølgeobservationer giver en hidtil uset mulighed for at forstå de astrofysiske indstillinger, hvor sorte huller dannes og udvikler sig. En meget massiv begivenhed ville pege mod et tæt miljø med stor flugthastighed".

Hvor kan du finde disse typer tætte klynger? Mange forudsigelser for LIGO og Jomfruen har hidtil været koncentreret om 'kuglehobe' - sfæriske samlinger af omkring en million stjerner, der er tæt bundet sammen i udkanten af ​​galakser. Deres flugthastighed, imidlertid, er for lav. Denne nye undersøgelse finder, at kuglehobe sandsynligvis ikke vil være vært for flere generationer af sorte huller. Astronomer bliver nødt til at se længere væk:nukleare stjernehobe, fundet mod midten af ​​nogle galakser er tætte nok og kan give den type miljø, der er nødvendig for at producere disse objekter.

"Gravitationsbølgeastronomi revolutionerer vores forståelse af universet, " siger Dr. Gerosa. "Vi venter alle på kommende resultater fra LIGO og Jomfruen for at sætte disse og andre astrofysiske forudsigelser på prøve".