Universum tycks ”återvinna” svarta hål genom att slå ihop dem till allt större objekt. Det visar en ny analys av gravitationsvågor där forskarna hittar tydliga tecken på att vissa av de tyngsta svarta hålen är andra generationens produkter av tidigare kollisioner, skriver wired.com.
”Omöjliga” svarta hål mitt emellan
Enligt den etablerade teorin om stjärnors liv kan mycket massiva stjärnor sluta som svarta hål med ungefär 10 till 40 gånger solens massa. I andra änden finns supermassiva svarta hål i galaxkärnor, med miljontals eller miljarder solmassor, som tros ha bildats i universums allra tidigaste skeden.
Mellan dessa extremer finns en omstridd kategori: svarta hål som väger mellan cirka 40 och 100 solmassor. De är för tunga för att bildas direkt när en stjärna dör, men för lätta för att uppstå ur kollapsen av ett enormt gasmoln. Inom konventionell stjärnfysik betraktas de som i princip ”omöjliga”, ändå dyker de upp i gravitationsvågsdata, rapporterar wired.com.
Astrofysiker har länge misstänkt att sådana massiva svarta hål i stället kan skapas när två eller flera mindre, ultrakompakta objekt kolliderar och smälter samman. Idén har setts som teoretiskt rimlig, men har saknat tydliga observationella bevis.
Gravitationsvågor ger ny bild
Det förändrades när gravitationsvågsdetektorer började registrera de minimala vibrationer i rumtiden som uppstår när extremt täta objekt kolliderar. Den första upptäckten 2015 bekräftade en sammanslagning mellan svarta hål. Sedan dess har en växande mängd signaler gjort det möjligt att kartlägga hur vanliga dessa kollisioner faktiskt är.
I den nya studien, publicerad i tidskriften Nature Astronomy, analyserade forskarna en katalog med så kallade transienter – tillfälliga händelser – från världens tre ledande gravitationsvågsobservatorier. Databasen omfattade 153 tillförlitliga observationer av sammanslagningar mellan svarta hål. Av dessa rörde 34 särskilt tunga objekt.
Två tydliga populationer
När forskargruppen jämförde alla signaler framträdde två distinkta populationer. De lättare svarta hålen, upp till ungefär 40 solmassor, hade svaga och välriktade rotationer, vilket stämmer med objekt som uppstått när en enskild stjärna kollapsat.
Från omkring 45 solmassor och uppåt syntes i stället en annan grupp: tyngre svarta hål som roterar snabbt och åt oordnade håll. Denna statistiska signatur kan enligt studien bara uppstå om ett svart hål redan har varit med om minst en tidigare sammanslagning. Forskarna tolkar det som att de tyngsta objekten har ”byggts” stegvis i täta stjärnhopar, genom upprepade kollisioner.
Byggda snarare än födda
Forskarna har ännu inte direkt observerat dessa ”omöjliga” svarta hål i röntgen eller synligt ljus, till skillnad från många supermassiva svarta hål i galaxkärnor. I stället avslöjas de genom hur deras kollisioner får rumtiden att vibrera, med massor som inte går att förklara med vanlig stjärnstrukturteori.
Studien pekar därmed på att de allra tyngsta svarta hålen i dessa observationer inte föds färdiga ur en enskild stjärnas död, utan växer fram genom flera generationer av sammanslagningar i universums tätaste miljöer, enligt wired.com.