V lednu 2016 vědci na laserové interferometrové gravitační vlnové observatoři (LIGO) vytvořili historii, když oznámili vůbec první detekci gravitačních vln. LIGO, podporované Národní vědeckou nadací (NSF) a provozované společnostmi Caltech a MIT, se věnuje studiu vln předpovídaných Einsteinovou teorií obecné relativity a způsobených sloučením černé díry.
Podle nové studie týmu astronomů z Centra kosmologie na University of California v Irvine jsou takové fúze mnohem běžnější, než jsme si mysleli. Poté, co provedl průzkum vesmíru, který měl spočítat a kategorizovat černé díry, tým UCI určil, že v galaxii může být až 100 milionů černých děr, což má významné důsledky pro studium gravitačních vln.
Studie, která podrobně popisuje jejich zjištění, nazvaná „Počítání černých děr: Kosmická zbytková hvězdná populace a důsledky pro LIGO“, se nedávno objevila v Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti. Tým vedl Oliver D. Elbert, postdoktorand s katedrou fyziky a astronomie na UC Irvine, tým provedl analýzu gravitačních vlnových signálů, které byly detekovány LIGO.
Jejich studie začala zhruba před rokem a půl, krátce poté, co LIGO oznámila první detekci gravitačních vln. Tyto vlny byly vytvořeny sloučením dvou vzdálených černých děr, z nichž každá měla hmotnost přibližně 30 sluncí. Jak v tiskové zprávě UCI vysvětlil James Bullock, profesor fyziky a astronomie na UC Irvine a spoluautor na papíře:
"V zásadě byla detekce gravitačních vln obrovská, protože to bylo potvrzení klíčové predikce Einsteinovy obecné teorie relativity." Ale pak jsme se blíže podívali na astrofyziku skutečného výsledku, sloučení dvou černých děr o hmotnosti 30 solárních hmot. To bylo prostě ohromující a přimělo nás se zeptat: „Jak běžné jsou černé díry této velikosti a jak často se slučují?“ “
Astronomové se tradičně domnívají, že černé díry by obvykle měly stejnou hmotnost jako naše Slunce. Jako takové se snažili interpretovat vícenásobné detekce gravitačních vln, které provedlo LIGO, z hlediska toho, co je známo o formování galaxií. Kromě toho se také snažili vytvořit rámec pro předpovídání budoucích fúzí černých děr.
Z toho dospěli k závěru, že galaxie Mléčná dráha bude domovem až 100 milionů černých děr, z nichž 10 milionů by mělo odhadovanou hmotnost asi 30 solárních hmot - tj. Podobných těm, které se spojily a vytvořily první gravitační vlny detekované pomocí LIGO v roce 2016. Mezitím by trpasličí galaxie - jako Draco Trpaslík, který obíhá ve vzdálenosti asi 250 000 ly od středu naší galaxie - hostily asi 100 černých děr.
Dále určili, že většina černých děr s nízkou hmotností (~ 10 Slunečních hmot) dnes sídlí v galaxiích o 1 bilionu Slunečních hmot (masivní galaxie), zatímco masivní černé díry (~ 50 Slunečních hmot) leží v galaxiích, které mají asi 10 miliard Slunečních hmot (tj. trpasličí galaxie). Poté, co zvážili vztah mezi hmotou galaxie a hvězdnou metaličností, interpretovali počet černé díry galaxie jako funkci její hvězdné hmoty.
Kromě toho se také snažili určit, jak často se černé páry vyskytují v párech, jak často se slučují a jak dlouho to bude trvat. Jejich analýza ukázala, že do fúzí by bylo nutné zapojit pouze nepatrný zlomek černých děr, aby vyhovovaly tomu, co LIGO pozoroval. Nabízí také předpovědi, které ukazují, jak by se mohly v příštích deseti letech sloučit ještě větší černé díry.
Jak Manoj Kaplinghat, profesor fyziky a astronomie UCI a druhý spoluautor studie, vysvětlil:
"Ukazujeme, že pouze 0,1 až 1 procento vytvořených černých děr se musí sloučit, aby vysvětlilo, co LIGO viděl." Černé díry se samozřejmě musí dostat dostatečně blízko, aby se sloučily v přiměřeném čase, což je otevřený problém ... Pokud jsou současné představy o hvězdném vývoji správné, pak naše výpočty naznačují, že sloučení i černých děr o hmotnosti 50 solárních hmot být odhalen za pár let. “
Jinými slovy, naše galaxie by se mohla hemžit černými dírami a ke sloučení by mohlo docházet pravidelně (vzhledem k kosmologickým časovým rozvrhům). Lze tedy očekávat, že v příštích letech bude možné mnohem více detekcí gravitačních vln. To by nemělo být žádným překvapením, protože LIGO od zimy 2016 provedla dvě další detekce.
S mnoha dalšími, které se očekávají, astronomové budou mít mnoho příležitostí studovat fúze černých děr, nemluvě o fyzice, která je řídí!
