Januarja 2016 so raziskovalci Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) zgodovino, ko so napovedali prvo odkrivanje gravitacijskih valov. Podprta s strani Nacionalne znanstvene fundacije (NSF), ki jo upravljata Caltech in MIT, je LIGO namenjen preučevanju valov, ki jih napoveduje Einsteinova teorija splošne relativnosti in ki jih povzročajo združitve črnih lukenj.
Po novi raziskavi skupine astronomov s centra za kozmologijo na kalifornijski univerzi Irvine so takšne združitve veliko bolj pogoste, kot smo mislili. Po raziskavi kozmosa, namenjenem izračunu in kategorizaciji črnih lukenj, je skupina UCI ugotovila, da lahko v galaksiji obstaja kar 100 milijonov črnih lukenj, ugotovitev pa ima pomembne posledice za preučevanje gravitacijskih valov.
Študija, ki podrobno opisuje njihove ugotovitve, z naslovom "Štetje črnih lukenj: Kozmično zvezdna ostanka in posledice za LIGO", se je nedavno pojavila v Mesečna obvestila Royal Astronomical Society. Pod vodstvom Oliverja D. Elberta, študenta postdoktorata na oddelku za fiziko in astronomijo na UC Irvine, je skupina izvedla analizo gravitacijskih valovnih signalov, ki jih je zaznal LIGO.
Njihova študija se je začela približno leto in pol, kmalu potem, ko je LIGO napovedal prvo zaznavanje gravitacijskih valov. Ti valovi so nastali z združitvijo dveh oddaljenih črnih lukenj, od katerih je bila vsaka enakovredna približno 30 Soncem. Kot je v sporočilu za javnost pojasnil James Bullock, profesor fizike in astronomije na UC Irvine in soavtor prispevka:
"Načeloma je bilo zaznavanje gravitacijskih valov ogromno, saj je bilo potrditev ključne napovedi Einsteinove splošne teorije relativnosti. Potem pa smo pogledali bližje astrofiziki dejanskega rezultata, združitvi dveh črnih lukenj s 30-sončno maso. To je bilo preprosto presenetljivo in spraševali so nas: "Kako pogoste so črne luknje te velikosti in kako pogosto se združijo?"
Astronomi že tradicionalno menijo, da bi bile črne luknje približno enake masi kot naše Sonce. Tako so želeli razlagati zaznave več gravitacijskih valov, ki jih je izvedel LIGO, v smislu tistega, kar je znano o tvorbi galaksij. Poleg tega so si prizadevali ustvariti tudi okvir za napovedovanje prihodnjih združitev črnih lukenj.
Iz tega so sklepali, da bo v Galaksiji Mlečna pot dom do 100 milijonov črnih lukenj, od katerih bi 10 milijonov imelo približno 30 sončnih mas - tj. Podobnih tistim, ki so se združile in ustvarile prve gravitacijske valove, ki jih je zaznal LIGO leta 2016. Medtem pa bodo pritlikave galaksije - podobno kot škrat Draco, ki krožijo na razdalji približno 250.000 ly od središča naše galaksije - gostile približno 100 črnih lukenj.
Nadalje so ugotovili, da danes večina črnih lukenj z nizko maso (~ 10 sončnih mas) prebiva v galaksijah v višini 1 trilijona sončnih mas (ogromne galaksije), medtem ko ogromne črne luknje (~ 50 sončnih mas) prebivajo v galaksijah, ki imajo približno 10 milijard sončnih mas (tj. pritlikave galaksije). Ko so razmislili o razmerju med maso galaksije in kovinostjo zvezd, so razlagali štetje črne luknje galaksije kot funkcijo njene zvezdne mase.
Poleg tega so želeli ugotoviti tudi, kako pogosto se v parih pojavljajo črne luknje, kako pogosto se združijo in kako dolgo bi to trajalo. Njihova analiza je pokazala, da bo za združitev tega, kar je opazil LIGO, treba združiti le majhen del črnih lukenj. Ponudila je tudi napovedi, ki so pokazala, kako bi se lahko še večje črne luknje združile v naslednjem desetletju.
Kot je pojasnil Manoj Kaplinghat, tudi profesor fizike in astronomije na UCI, in drugi soavtor študije:
„Pokažemo, da se mora le 0,1 do 1 odstotek nastalih črnih lukenj razložiti, kaj je LIGO videl. Seveda se morajo črne luknje dovolj približati, da se lahko združijo v razumnem času, kar je odprta težava ... Če so trenutne ideje o zvezdni evoluciji prave, potem naši izračuni kažejo, da bodo združitve celo črnih lukenj s 50-sončno maso odkriti čez nekaj let. "
Z drugimi besedami, naša galaksija je lahko prepredena s črnimi luknjami, združitve pa bi se lahko dogajale redno (glede na kozmološke časovnice). Tako lahko pričakujemo, da bo v naslednjih letih mogoče zaznati več gravitacijskih valov. To ne sme presenetiti, saj LIGO od zime 2016 opravi dve dodatni odkritji.
Z veliko več pričakovanimi prihodi bodo astronomi imeli veliko priložnosti za preučevanje združitev črnih lukenj, da ne omenjam fizike, ki jih poganja!
