През януари 2016 г. изследователите от Лазерния интерферометър на гравитационно-вълновата обсерватория (LIGO) направиха история, когато обявиха първото по рода си откриване на гравитационни вълни. Поддържана от Националната научна фондация (NSF) и управлявана от Caltech и MIT, LIGO е посветен на изучаването на вълните, предвидени от Теорията на общата относителност на Айнщайн и причинени от сливания на черни дупки.
Според ново проучване на екип от астрономи от Центъра по космология в Калифорнийския университет Ирвайн, подобни сливания са далеч по-чести, отколкото си мислехме. След като проведе проучване на Космоса, предназначен за изчисляване и категоризиране на черните дупки, екипът на UCI определи, че в галактиката може да има до 100 милиона черни дупки, констатация, която има значително значение за изследването на гравитационните вълни.
Изследването, което подробно описва техните открития, озаглавено „Преброяване на черни дупки: Космическото звездно остатъчно население и последствия за LIGO“, наскоро се появи в Месечни известия на Кралското астрономическо дружество. Воден от Оливър Д. Елберт, студент в докторантурата от катедрата по физика и астрономия в UC Irvine, екипът извърши анализ на сигналите на гравитационните вълни, които са били засечени от LIGO.
Проучването им започна преди около година и половина, малко след като LIGO обяви първото откриване на гравитационни вълни. Тези вълни са създадени от сливането на две далечни черни дупки, всяка от които е била еквивалентна по маса на около 30 слънца. Както Джеймс Бълок, професор по физика и астрономия в UC Irvine и съавтор на статията, обясни в съобщение за пресата на UCI:
„По принцип откриването на гравитационни вълни беше огромна работа, тъй като беше потвърждение на ключово предсказване на общата теория на относителността на Айнщайн. Но след това разгледахме по-отблизо астрофизиката на действителния резултат, сливане на две черни дупки с 30 слънчева маса. Това беше просто изумително и ни накара да попитаме: „Колко често са черни дупки с такъв размер и колко често се сливат?“
Традиционно астрономите са на мнение, че черните дупки обикновено са приблизително със същата маса като нашето Слънце. Като такива те се опитваха да интерпретират множествените гравитационни детектиращи вълни, направени от LIGO, по отношение на това, което е известно за образуването на галактика. Отвъд това те също се стремяха да създадат рамка за прогнозиране на бъдещи сливания на черни дупки.
От това те стигнали до извода, че Галактиката на Млечния път ще бъде дом на до 100 милиона черни дупки, 10 милиона от които ще имат приблизителна маса от около 30 слънчеви маси - т.е. подобни на тези, които са се слели и създали първите гравитационни вълни, открити от LIGO през 2016 г. Междувременно галактиките-джуджета - като джуджето Драко, което орбитира на разстояние около 250 000 ly от центъра на нашата галактика - биха помествали около 100 черни дупки.
Освен това те определят, че днес повечето черни дупки с ниска маса (~ 10 слънчеви маси) пребивават в галактики от 1 трилион слънчеви маси (масивни галактики), докато масивни черни дупки (~ 50 слънчеви маси) пребивават в галактики, които имат около 10 милиарда слънчеви маси (т.е. галактики джудже). След като разгледаха връзката между галактическата маса и звездната металичност, те интерпретираха броя на черната дупка на галактиката като функция на нейната звездна маса.
Освен това те се опитали да определят колко често се появяват черни дупки по двойки, колко често се сливат и колко време ще отнеме това. Техният анализ показа, че само малка част от черните дупки ще трябва да бъде замесена в сливания, за да се съобрази с това, което LIGO наблюдава. Той също така предлага прогнози, които показват как още по-големи черни дупки могат да се слеят в следващото десетилетие.
Както Маной Каплингхат, също професор по физика и астрономия в UCI, и вторият съавтор на изследването, обясни:
„Ние показваме, че само 0,1 до 1 процент от образуваните черни дупки трябва да се слеят, за да обяснят какво видя LIGO. Разбира се, черните дупки трябва да се приближат достатъчно, за да се слеят в разумно време, което е открит проблем ... Ако настоящите идеи за звездна еволюция са правилни, тогава нашите изчисления показват, че сливанията на дори 50 черни дупки със слънчева маса ще да бъдат открити след няколко години. "
С други думи, нашата галактика може да бъде пълна с черни дупки и сливания могат да се случват редовно (по отношение на космологичните времеви диапазони). Като такъв, можем да очакваме, че през следващите години ще бъдат възможни много повече откривания на гравитационни вълни. Това не трябва да е изненада, тъй като LIGO направи две допълнителни открития от зимата на 2016 г.
С още много очаквания да дойдат, астрономите ще имат много възможности да изучават сливания на черни дупки, да не говорим за физиката, която ги задвижва!
