Sorte huller smelter sammen

Forskere er ved at blive fortrolige med sorte huller, der støder om natten. Tilbage i 2015 skrev Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (eller LIGO) historie ved at detektere bulder i rumtiden forårsaget af to sorte huller, der kolliderer i en galakse langt, langt væk. Denne første påvisning bekræftede eksistensen af ​​sorte huller med binære stjernemasser eller dem, der blev født fra massive stjerners spektakulære supernovadødsfald. Siden da har vi opdaget adskillige andre fusioner (plus en bonus neutronstjernefusion!).

Nu, i forskning offentliggjort den 10. april 2018, i tidsskriftet Physical Review Letters, foreslår forskere, at sorte huller sandsynligvis smelter sammen gentagne gange for at producere sorte huller, der er for massive til at blive produceret af kun én stjerne. Og kugleformede stjernehobe kunne være det perfekte kvarter for sådanne objekter til at danne og smelte sammen - igen og igen.

"Vi tror, ​​at disse klynger er dannet med hundreder til tusindvis af sorte huller, der hurtigt sank ned i midten," sagde Carl Rodriguez, fra MIT og Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, i en erklæring. "Denne slags klynger er i det væsentlige fabrikker for sorte hul-binære filer, hvor du har så mange sorte huller, der hænger ud i et lille område af rummet, at to sorte huller kan smelte sammen og producere et mere massivt sort hul. Så kan det nye sorte hul find en anden ledsager og flet igen."

LIGO har endnu ikke taget op på en af ​​disse "anden generations fusioner." Alle de fusioner, der er opdaget til dato, har involveret sorte huller med stjernemasse (dem, der sandsynligvis er dannet af enkelte massive stjerner). Skulle gravitationsbølgerne fra en fusionsbegivenhed, der involverer et sort hul på 50 gange vores sols masse, blive opdaget i fremtiden, ville det dog være et stærkt bevis, der tyder på den gentagne sammensmeltning af sorte huller. Og det ville være spændende.

"Hvis vi venter længe nok, så vil LIGO i sidste ende se noget, der kun kunne være kommet fra disse stjernehobe, fordi det ville være større end noget, du kunne få fra en enkelt stjerne," tilføjede Rodriguez.

De fleste galakser er hjemsted for kuglehobe, med flere hobe fundet i større galakser. Derfor kan massive elliptiske galakser være vært for titusindvis af hobe, hvorimod Mælkevejen har omkring 200, med den nærmeste beliggende 7.000 lysår fra Jorden. Disse hobe indeholder ældgamle stjerner, alle sammenproppet i et lille volumen, så betingelserne er modne for, at sorte huller inde i disse hobe kan falde til midten og blive hyggelige med andre sorte huller, der lurer.

Bør to sorte huller drift tæt på hinanden efter at være faldet fra forskellige dele af en klynge, tyder relativitetsberegninger på, at de vil udsende gravitationsbølger og derved tabe energi fra deres bevægelse gennem klyngen. Dette ville få de sorte huller til at blive langsommere og begynde at spiral ind og til sidst sætte sig i en binær bane omkring hinanden. Så er deres skæbner beseglet. Begge sorte huller vil fortsætte med at udsende gravitationsbølger, hvilket får deres kredsløb til at skrumpe, indtil parret kolliderer, smelter sammen og bryder ud med en kraftig gravitationsbølge, der ville rejse væk med lysets hastighed. Dette nyligt fusionerede sorte hul ville derefter hænge ud inde i klyngen og vente på, at endnu et sort hul skulle glide forbi og begynde den binære dans igen.

Men da Rodriguez' team kørte simuleringerne, antog de, at de sammensmeltede sorte huller snurrede hurtigt, og at resultaterne var temmelig ballistiske.

"Hvis de to sorte huller snurrer, når de smelter sammen, vil det sorte hul, de skaber, udsende gravitationsbølger i en enkelt foretrukken retning, som en raket, hvilket skaber et nyt sort hul, der kan skyde ud så hurtigt som 5.000 kilometer i sekundet - så, sindssygt hurtigt," sagde Rodriguez. "Det tager kun et spark på måske et par tiere til hundrede kilometer i sekundet for at undslippe en af ​​disse klynger."

Med denne logik, hvis de fusionerede sorte huller bliver startet ud af klyngerne, kan de ikke smelte sammen igen. Men efter at have analyseret det typiske spin af de sorte huller, opdaget af LIGO, fandt holdet ud af, at sort huls spin er meget lavere, hvilket betyder, at der er mindre chance for, at klynger slipper deres nyligt fusionerede sorte huller løs. Efter at have foretaget denne korrektion fandt forskerne ud af, at næsten 20 procent af sorte huls binære filer ville have mindst ét ​​sort hul, der blev dannet i en tidligere fusion. Og efter deres beregning burde anden generation af sorte huller have et afslørende masseområde på mellem 50 og 130 solmasser. Der er ingen anden måde at producere sorte huller af denne masse på, hvis det ikke var for fusioner.

Så for nu er det over til verdens gravitationsbølgedetektorer at finde et signal, der blev produceret af et andengenerations sort hul.

Nu er det interessant

Mælkevejens helt egen kugleformede stjernehob NGC 362 menes ifølge Den Europæiske Rumorganisation at være mellem 10 og 11 milliarder år gammel. Selve galaksen er mere end 13 milliarder år gammel.