Laserinterferometrin gravitaatioaalto-observatorion (LIGO) tutkijat tekivät historian tammikuussa 2016, kun he ilmoittivat ensimmäisen kerran havaitsevan painovoima-aaltojen. Kansallisen tiedesäätiön (NSF) tukema ja Caltechin ja MIT: n ylläpitämä LIGO on omistettu Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian ennustamien ja mustan aukon sulautumien aiheuttamien aaltojen tutkimiseen.
Kalifornian Irvine-yliopiston kosmologiakeskuksen astronomiryhmän uuden tutkimuksen mukaan tällaiset fuusioinnit ovat paljon yleisempiä kuin luulimme. Suoritettuaan tutkimuksen kosmosta, jonka tarkoituksena oli laskea ja luokitella mustia reikiä, UCI-ryhmä päätti, että galaksissa voi olla jopa 100 miljoonaa mustaa reikää, havainnolla, jolla on merkittäviä vaikutuksia painovoima-aaltojen tutkimukseen.
Tutkimusta, joka selvittää heidän havaintonsa, nimeltään ”Mustajen reikien laskeminen: kosmisen tähtien jäännösväestö ja sen vaikutukset LIGOan”, ilmestyi äskettäin lehdessä Kuukausittaiset ilmoitukset Royal Astronomical Society -tapahtumasta. Tutkijatohtorin Oliver D. Elbertin johdolla, UC Irvineen fysiikan ja tähtitieteen laitokselta, ryhmä analysoi painovoima-aaltosignaaleja, jotka LIGO on havainnut.
Heidän tutkimuksensa alkoi noin puolitoista vuotta sitten, pian sen jälkeen, kun LIGO ilmoitti ensimmäisen painovoima-aaltojen havaitsemisesta. Nämä aallot syntyivät yhdistämällä kaksi kaukaista mustaa reikää, joista jokaisen massa oli yhtä suuri kuin noin 30 aurinkoa. Kuten James Bullock, UC Irvine -fysiikan ja tähtitieteen professori ja paperille kirjoitettu avustaja, selitti UCI: n lehdistötiedotteessa:
”Gravitaatioaaltojen havaitseminen oli pohjimmiltaan valtava asia, koska se oli vahvistus Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian avainasennuksesta. Mutta sitten tarkastelimme lähemmin todellisen tuloksen astrofysiikkaa, kahden 30 aurinkoerän mustan aukon sulautumista. Se oli yksinkertaisesti hämmästyttävää ja sai meidät kysymään: "Kuinka yleisiä ovat tämän kokoiset mustat aukot ja kuinka usein ne sulautuvat yhteen?" "
Perinteisesti tähtitieteilijät ovat olleet sitä mieltä, että mustien reikien olisi tyypillisesti suunnilleen sama massa kuin aurinkoomme. Sellaisenaan he pyrkivät tulkitsemaan LIGO: n tekemiä useita gravitaatioaaltotunnistuksia galaksien muodostumisesta tieteellisesti. Tämän lisäksi he pyrkivät myös luomaan puitteet tulevien mustien aukkojen fuusioiden ennustamiselle.
Tämän perusteella he päättelivät, että Linnunradan galaksissa asuu jopa 100 miljoonaa mustaa reikää, joista 10 miljoonalla arvioitu massa on noin 30 aurinkoista massaa - ts. Samanlainen kuin ne, jotka yhdistivät ja loivat ensimmäiset gravitaatioaallot, jotka LIGO vuonna 2016. Sillä välin kääpiögalaksegeissa - kuten Draco-kääpiössä, joka kiertää noin 250 000 ly: n etäisyydellä galaksiamme keskipisteestä - istuisi noin 100 mustaa reikää.
Lisäksi he päättivät, että nykyään suurin osa pienimassan mustista reikistä (~ 10 aurinkomassasta) sijaitsee 1 biljoonan aurinkomassan galakseissa (massiiviset galaksit), kun taas massiiviset mustat aukot (~ 50 aurinkoista massaa) sijaitsevat galakseissa, joissa on noin 10 miljardia aurinko massaa. (eli kääpiögalaksit). Tutkittuaan galaksimassan ja tähtimetallisuuden välistä suhdetta, he tulkitsivat galaksin mustan aukon määrän sen tähtimassan funktiona.
Lisäksi he pyrkivät selvittämään, kuinka usein mustia reikiä esiintyy pareittain, kuinka usein ne sulautuvat ja kuinka kauan tämä vie. Heidän analyysinsä osoitti, että vain pieni osa mustia reikiä olisi osallistuttava sulautumiin, jotta LIGO havaitsi ne. Se tarjosi myös ennusteita, jotka osoittivat, kuinka vielä suurempia mustia aukkoja voisi sulautua seuraavan vuosikymmenen aikana.
Kuten Manoj Kaplinghat, myös UCI: n fysiikan ja tähtitieteen professori ja tutkimuksen toinen avustaja, selitti:
”Osoitamme, että vain 0,1–1 prosenttia muodostuneista mustista reikistä täytyy sulautua selittämään, mitä LIGO näki. Tietysti mustien reikien on päästävä tarpeeksi lähelle sulautumaan kohtuulliseen aikaan, mikä on avoin ongelma ... Jos nykyiset ideat tähtien evoluutiosta ovat oikeat, niin laskelmiemme osoittavat, että jopa 50 aurinkoisen massan mustien reikien sulautumiset alkavat voidaan havaita muutamassa vuodessa. "
Toisin sanoen galaksissamme saattaa olla mustia aukkoja, ja fuusioita voi tapahtua säännöllisesti (suhteessa kosmologisiin aikatauluihin). Sellaisena voimme odottaa, että tulevina vuosina on mahdollista tehdä paljon enemmän painovoima-aaltoilmaisimia. Tämän ei pitäisi olla yllättävää, sillä LIGO on tehnyt kaksi ylimääräistä havaintoa talven 2016 jälkeen.
Kun odotetaan tulevan vielä monia muita, tähtitieteilijöillä on monia mahdollisuuksia tutkia mustien aukkojen sulautumisia puhumattakaan niitä ohjaavasta fysiikasta!
