UCI Celestial Census zeigt, dass schwarze Löcher das Universum durchdringen

Anonim

Nachdem Astronomen der University of California in Irvine ein kosmisches Inventar von Arten zur Berechnung und Kategorisierung stellarer Restlöcher erstellt hatten, kamen sie zu dem Schluss, dass es in der Milchstraße wahrscheinlich Dutzende von Millionen der rätselhaften, dunklen Objekte gibt - weit mehr als erwartet.

"Wir denken, wir haben gezeigt, dass es in unserer Galaxie bis zu 100 Millionen Schwarze Löcher gibt", sagte UCI-Vorsitzender und Professor für Physik und Astronomie James Bullock, Co-Autor einer Forschungsarbeit zu diesem Thema in der aktuellen Ausgabe von Monthly Mitteilungen der Royal Astronomical Society .

Die Volkszählung der UCI begann vor mehr als anderthalb Jahren, kurz nachdem bekannt wurde, dass das Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) Wellen im Raum-Zeit-Kontinuum durch die entfernte Kollision zweier schwarzer Löcher entdeckt hat Größe von 30 Sonnen.

"Grundsätzlich war die Detektion von Gravitationswellen eine große Sache, da sie eine Schlüsselvorhersage von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie bestätigte", sagte Bullock. "Aber dann haben wir uns die Astrophysik des tatsächlichen Ergebnisses näher angesehen, eine Verschmelzung von zwei 30-Sonnen-Schwarzen Löchern. Das war einfach erstaunlich und ließ uns fragen: Wie üblich sind Schwarze Löcher dieser Größe und wie oft verschmelzen?'"

Er sagte, dass die Wissenschaftler annehmen, dass die meisten schwarzen Sterne, die aus dem Zusammenbruch massereicher Sterne am Ende ihres Lebens resultieren, ungefähr die gleiche Masse wie unsere Sonne haben werden. Zwei Astronomen kratzten sich am Kopf, um zu sehen, dass zwei schwarze Löcher von so epischem Ausmaß in einer kataklysmischen Kollision zusammentreffen.

UCIs Arbeit war eine theoretische Untersuchung der "Seltsamkeit der LIGO-Entdeckung", sagte Bullock. Die Forschung, angeführt von Doktorand Oliver Elbert, war ein Versuch, die Gravitationswellendetektion durch die Linse dessen, was über die Entstehung von Galaxien bekannt ist, zu interpretieren und einen Rahmen für das Verständnis zukünftiger Ereignisse zu bilden.

"Basierend auf dem, was wir über Sternentstehung in Galaxien verschiedener Typen wissen, können wir daraus schließen, wann und wie viele schwarze Löcher in jeder Galaxie gebildet wurden", sagte Elbert. "Große Galaxien sind die Heimat älterer Sterne und sie beherbergen auch ältere Schwarze Löcher."

Laut Co-Autor Manoj Kaplinghat, UCI-Professor für Physik und Astronomie, wird die Anzahl der Schwarzen Löcher einer bestimmten Masse pro Galaxie von der Größe der Galaxie abhängen.

Der Grund ist, dass größere Galaxien viele metallreiche Sterne haben und kleinere Zwerggalaxien von großen Sternen mit geringer Metallizität dominiert werden. Sterne, die eine Menge schwerer Elemente enthalten, wie unsere Sonne, haben im Laufe ihres Lebens viel von dieser Masse verloren. Wenn es an der Zeit ist, alles in einer Supernova zu beenden, gibt es nicht mehr so ​​viel Materie, die in sich selbst kollabiert, was zu einem Schwarzen Loch mit geringerer Masse führt. Große Sterne mit geringem Metallgehalt verlieren im Laufe der Zeit nicht so viel von ihrer Masse, und wenn einer von ihnen stirbt, wird fast seine gesamte Masse im Schwarzen Loch enden.

"Wir haben ein ziemlich gutes Verständnis der Gesamtbevölkerung von Sternen im Universum und ihrer Massenverteilung, wenn sie geboren werden, also können wir sagen, wie viele schwarze Löcher mit 100 Sonnenmassen im Vergleich zu 10 Sonnenmassen hätten entstehen sollen", sagte Bullock. "Wir konnten herausfinden, wie viele große Schwarze Löcher existieren sollten, und es endete damit, dass es Millionen gab - viel mehr, als ich erwartet hatte."

Um spätere Phänomene zu beleuchten, versuchten die UCI-Forscher herauszufinden, wie oft schwarze Löcher paarweise auftreten, wie oft sie ineinander übergehen und wie lange es dauert. Sie fragten sich, ob die von LIGO entdeckten 30-Sonnenmassen-Schwarzen Löcher vor Milliarden von Jahren geboren wurden und lange Zeit brauchten, um sich zu verschmelzen oder jünger zu werden (innerhalb der letzten 100 Millionen Jahre) und bald darauf verschmolzen wurden.

"Wir zeigen, dass nur 0, 1 bis 1 Prozent der gebildeten Schwarzen Löcher zusammenlaufen müssen, um zu erklären, was LIGO gesehen hat", sagte Kaplinghat. "Natürlich müssen die Schwarzen Löcher nah genug kommen, um in einer vernünftigen Zeit zu verschmelzen, was ein offenes Problem ist."

Elbert sagte, er erwarte viel mehr Gravitationswellen-Detektionen, damit er und andere Astronomen feststellen können, ob schwarze Löcher hauptsächlich in riesigen Galaxien kollidieren. Das, sagte er, würde ihnen etwas Wichtiges über die Physik erzählen, die sie zum Zusammenwachsen bringen.

Laut Kaplinghat müssen sie relativ lange nicht zu lange warten. "Wenn die aktuellen Ideen über die Sternentwicklung stimmen, dann zeigen unsere Berechnungen, dass in einigen Jahren Fusionen von sogar 50-solaren Schwarzen Löchern entdeckt werden", sagte er.

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