În ianuarie 2016, cercetătorii de la Observatorul Laser Interferometru Gravitational-Wave (LIGO) au făcut istorie când au anunțat prima detectare a undelor gravitaționale. Susținut de Fundația Națională de Știință (NSF) și operat de Caltech și MIT, LIGO este dedicat studierii valurilor preconizate de Teoria relativității generale a lui Einstein și cauzate de fuziunile găurilor negre.
Potrivit unui nou studiu realizat de o echipă de astronomi de la Centrul de Cosmologie de la Universitatea din California Irvine, astfel de fuziuni sunt mult mai frecvente decât credeam. După efectuarea unui sondaj al cosmosului destinat calculării și categorizării găurilor negre, echipa UCI a stabilit că ar putea exista până la 100 de milioane de găuri negre în galaxie, o constatare care are implicații semnificative pentru studiul undelor gravitaționale.
Studiul care detaliază rezultatele lor, intitulat „Numărarea găurilor negre: populația rămășiței stelare cosmice și implicații pentru LIGO”, a apărut recent în Avize lunare ale Royal Astronomical Society. Condusă de Oliver D. Elbert, student postdoc la departamentul de fizică și astronomie la UC Irvine, echipa a realizat o analiză a semnalelor de unde gravitaționale care au fost detectate de LIGO.
Studiul lor a început cu aproximativ un an și jumătate în urmă, la scurt timp după ce LIGO a anunțat prima detectare a undelor gravitaționale. Aceste valuri au fost create prin fuziunea a două găuri negre îndepărtate, fiecare fiind echivalentă în masă la aproximativ 30 de Soare. Așa cum a explicat James Bullock, profesor de fizică și astronomie la UC Irvine și coautor pe hârtie, într-un comunicat de presă UCI:
„În mod fundamental, detectarea undelor gravitaționale a fost o afacere uriașă, deoarece a fost o confirmare a prezicerii cheie a teoriei generale a relativității a lui Einstein. Dar apoi ne-am uitat mai atent la astrofizica rezultatului efectiv, o fuziune a două găuri negre cu masă solară cu 30 de solari. Acest lucru a fost uimitor și ne-a întrebat: „Cât de obișnuite sunt găurile negre de această dimensiune și cât de des se îmbină?”
În mod tradițional, astronomii au fost de părere că găurile negre ar fi de obicei aproximativ aceeași masă ca Soarele nostru. Ca atare, ei au căutat să interpreteze mai multe detecții de unde gravitaționale făcute de LIGO în termeni de ceea ce se știe despre formarea galaxiei. Dincolo de aceasta, au căutat să creeze un cadru pentru a prezice viitoarele fuziuni ale găurilor negre.
Din aceasta, ei au ajuns la concluzia că Galaxia Calea Lactee va fi acasă până la 100 de milioane de găuri negre, din care 10 milioane ar avea o masă estimată de aproximativ 30 de mase solare - adică similare cu cele care au contopit și au creat primele unde gravitaționale detectate de LIGO în 2016. Între timp, galaxii pitice - cum ar fi Draco Dwarf, care orbitează la o distanță de aproximativ 250.000 de lire de centrul galaxiei noastre - ar găzdui aproximativ 100 de găuri negre.
Au mai stabilit că astăzi, majoritatea găurilor negre de masă mică (~ 10 mase solare) se află în galaxii de 1 trilion de mase solare (galaxii masive) în timp ce găurile negre masive (~ 50 mase solare) se află în galaxii care au aproximativ 10 miliarde de mase solare (adică galaxii pitice). După ce au analizat relația dintre masa galaxiei și metalicitatea stelară, ei au interpretat numărul găurilor negre ale unei galaxii ca o funcție a masei sale stelare.
În plus, aceștia au căutat, de asemenea, să determine cât de des apar găurile negre în perechi, cât de des se îmbină și cât de mult ar dura acest lucru. Analiza lor a indicat faptul că doar o mică parte din găurile negre ar trebui să fie implicate în fuziuni pentru a se adapta la observațiile LIGO. De asemenea, a oferit predicții care arătau cum se pot contopi găuri negre și mai mari în următorul deceniu.
După cum a explicat Manoj Kaplinghat, de asemenea profesor de fizică și astronomie, și al doilea coautor al studiului, UCI:
„Arătăm că doar 0,1 până la 1% din găurile negre formate trebuie să se îmbine pentru a explica ce a văzut LIGO. Desigur, găurile negre trebuie să se apropie suficient de mult pentru a fuziona într-un timp rezonabil, ceea ce este o problemă deschisă ... Dacă ideile actuale despre evoluția stelară sunt corecte, atunci calculele noastre indică faptul că fuziunile chiar și ale găurilor negre cu masă solară de 50 fi detectat în câțiva ani. ”
Cu alte cuvinte, galaxia noastră ar putea să se tundă cu găuri negre, iar fuziunile ar putea avea loc în mod regulat (în raport cu calendarul cosmologic). Ca atare, ne putem aștepta ca în următorii ani să fie posibile mai multe detectări de unde de gravitație. Acest lucru nu ar trebui să surprindă, având în vedere modul în care LIGO a făcut două detectări suplimentare încă din iarna anului 2016.
Cu mult mai mulți așteptați să vină, astronomii vor avea multe oportunități de a studia fuziunile găurilor negre, ca să nu mai vorbim de fizica care îi conduce!
