Cum se formează cele mai mari găuri negre din univers? Undele din spațiu-timp ne oferă un indiciu

Adaugă-ne ca sursă preferată în Google

Urmărește-ne in Discover

Oamenii de știință au descoperit că cele mai masive găuri negre din univers s-ar putea forma în cele mai dense medii stelare, adică în așa-numitele roiuri globulare. Tocmai în aceste roiuri au loc frecvent coliziuni violente, ceea ce sugerează o nouă origine haotică pentru acești titani cosmici ai universului nostru, scrie revista Space.

Oamenii de știință au identificat acest potențial loc de naștere al găurilor negre masive studiind undele din spațiu și timp — unificate într-o singură entitate numită spațiu-timp — cunoscute și sub numele de unde gravitaționale. Undele au fost „auzite” pe Pământ de detectoarele noastre extrem de sensibile de unde gravitaționale, Observatorul de unde gravitaționale cu interferometru laser (LIGO), KAGRA și Virgo. Undele gravitaționale au fost prezise pentru prima dată de Albert Einstein încă din 1915, ca parte a teoriei sale despre gravitație, cunoscută sub numele de relativitate generală. Acestea sunt generate atunci când evenimente puternice, precum coliziunea și fuziunea găurilor negre, fac ca însăși structura spațiu-timpului să vibreze. Echipa din spatele acestei cercetări a analizat 153 de detectări de fuziuni de găuri negre conținute în versiunea 4.0 a Catalogului de tranzienți de unde gravitaționale (GWTC4) al LIGO–Virgo–KAGRA, cu scopul de a investiga dacă cele mai grele găuri negre se formează prin fuziunea repetată a unor găuri negre succesiv mai mari în medii stelare dense, mai degrabă decât direct din colapsul unor stele masive.

„Astronomia undelor gravitaționale nu se mai limitează doar la numărarea fuziunilor dintre găuri negre”, a declarat într-un comunicat Fabio Antonini, coordonatorul echipei de la Universitatea Cardiff din Marea Britanie. „Ea începe să ne dezvăluie cum cresc găurile negre, unde se formează și ce ne spun aceste informații despre viața și moartea stelelor masive. Este un lucru fascinant, deoarece putem folosi aceste informații pentru a ne testa înțelegerea asupra modului în care stelele și roiurile stelare evoluează în univers.”

Atenție la decalaj!

Cercetarea echipei privind undele gravitaționale și originile celor mai masive găuri negre a dezvăluit două populații distincte de găuri negre. Antonini și colegii săi au descoperit o populație de găuri negre cu masă mai mică, care par să fi luat naștere atunci când stele masive au murit în explozii de supernovă, iar nucleele lor au suferit un colaps gravitațional. De asemenea, au observat o populație de găuri negre care se rotesc într-un mod care indică faptul că s-au format printr-un lanț de fuziuni ierarhice între găuri negre mai mici din roiuri stelare dense.

Aceasta este o revelație care a șocat chiar și echipa din spatele acestui studiu.

„Ceea ce ne-a surprins cel mai mult a fost cât de clar se disting găurile negre de masă mare ca o populație separată”, a spus Isobel Romero-Shaw, membru al echipei de la Universitatea din Cardiff. „Spre deosebire de sistemele cu masă mai mică pe care le-am analizat, care se roteau în general lent, sistemele cu masă mai mare prezintă rotații mai rapide, orientate în direcții aparent aleatorii. Aceasta este exact semnătura pe care te-ai aștepta să o vezi dacă găurile negre s-ar fuziona în mod repetat în roiuri stelare dense. Acest lucru face ca originea din roiuri să fie mult mai convingătoare decât era în cazul cataloagelor anterioare.”

Cercetările echipei sugerează existența unei „lacună de masă” despre care se vorbește de mult timp în legătură cu soarta stelelor după moarte. Acestea indică faptul că stelele cele mai masive nu se prăbușesc pentru a forma găuri negre atunci când mor, ci suferă o explozie de supernovă care le distruge complet.

Acest lucru, la rândul său, sugerează că există un interval de masă interzis pentru găurile negre cu masă stelară născute din colapsul stelelor, rezultat din faptul că stelele foarte masive sunt distruse înainte ca o gaură neagră să poată fi creată. Echipa consideră că acest interval de masă interzis începe cu o masă de 45 de ori mai mare decât cea a soarelui. Găurile negre cu mase mai mari decât aceasta, propun cercetătorii, sunt formate prin fuziuni.

„În studiul nostru, găsim dovezi pentru decalajul de masă al instabilității perechilor, prevăzut de mult timp — un interval de mase în care nu se așteaptă ca stelele să lase în urmă găuri negre deloc. Detectoarele de unde gravitaționale au găsit cu succes găuri negre care par să se afle în sau în apropierea acelui decalaj, pe care îl identificăm la aproximativ 45 de mase solare”, a explicat Antonini. „Așadar, întrebarea cheie acum este: aceste găuri negre ne spun că modelele noastre de evoluție stelară sunt greșite, sau ele se formează într-un alt mod?”

Descoperirile echipei ar putea dezvălui, de asemenea, mai multe despre agonia celor mai mari stele și despre modul în care se comportă corpurile stelare atunci când sunt înghesuite în regiuni de milioane de ori mai dense decât spațiul cosmic din vecinătatea Soarelui.

„Cele mai mari găuri negre din eșantionul actual par să ne ofere informații despre dinamica clusterelor, nu doar despre evoluția stelară”, a spus Antonini. „Peste aproximativ 45 de mase solare, distribuția de rotație se modifică într-un mod greu de explicat doar prin prisma binarelor stelare normale, dar care se explică în mod natural dacă aceste găuri negre au trecut deja prin fuziuni anterioare în clustere dense.”