يعتقد العلماء الذين يدرسون موجات الجاذبية أنهم اكتشفوا كيف يصنع الكون أكبر ثقوبه السوداء، والمفاجأة: ليس بالانهيار الدراماتيكي المعتاد لنجم يحتضر. بدلاً من ذلك، يبدو أن هؤلاء الأثقال الكونية هم مجرمون مكررون، ينمون من خلال تصادمات متعددة داخل عناقيد نجمية مكتظة أكثر من مترو طوكيو في ساعة الذروة.
بقيادة جامعة كارديف، تعمق البحث في الإصدار 4.0 من كتالوج LIGO-Virgo-KAGRA العابر لموجات الجاذبية (GWTC4)، الذي يسجل 153 اندماجًا موثوقًا للثقوب السوداء. ركز الفريق، الذي نشر في Nature Astronomy، على ما إذا كانت أكبر الثقوب السوداء هي أجسام "من الجيل الثاني" - تتشكل عندما تصطدم الثقوب السوداء من النجوم الميتة، ثم تندمج مرة أخرى في بيئات نجمية كثيفة حيث تكون النجوم مكدسة حتى مليون مرة أقرب من جوارنا الشمسي.
"علم فلك موجات الجاذبية الآن يفعل أكثر من مجرد عد اندماجات الثقوب السوداء،" قال المؤلف الرئيسي الدكتور فابيو أنتونيني من جامعة كارديف. "بدأ يكشف كيف تنمو الثقوب السوداء، وأين تنمو، وماذا يخبرنا ذلك عن حياة وموت النجوم الضخمة." حدد التحليل مجموعتين متميزتين من الثقوب السوداء، حيث أظهرت الثقوب الأثقل سلوك دوران غريب - دورانات سريعة في اتجاهات عشوائية، تمامًا ما تتوقعه من اندماجات متكررة في عناقيد كثيفة.
"ما فاجأنا أكثر هو مدى وضوح تميز الثقوب السوداء عالية الكتلة كمجموعة منفصلة،" أضافت المؤلفة المشاركة الدكتورة إيزوبيل روميرو-شو. "على عكس الأنظمة منخفضة الكتلة... الأنظمة عالية الكتلة متسقة مع وجود دورانات أسرع، موجهة في اتجاهات عشوائية ظاهريًا. هذه هي البصمة الدقيقة التي تتوقعها إذا كانت الثقوب السوداء تندمج بشكل متكرر في عناقيد نجمية كثيفة."
تعزز الدراسة أيضًا الأدلة على وجود "فجوة كتلية" غامضة حول 45 كتلة شمسية، حيث يجب أن تنفجر النجوم بحجم معين بعنف لدرجة أنها لا تترك ثقبًا أسود وراءها. "أكبر الثقوب السوداء في العينة الحالية يبدو أنها تخبرنا عن ديناميكيات العنقود، وليس فقط تطور النجوم،" لاحظ أنتونيني. "فوق حوالي 45 كتلة شمسية يتغير توزيع الدوران... يمكن تفسير ذلك طبيعيًا إذا كانت هذه الثقوب السوداء قد مرت بالفعل باندماجات سابقة في عناقيد كثيفة."
بالنظر إلى المستقبل، يقترح الباحثون أن هذه البيانات يمكن أن تساعد في استكشاف الفيزياء النووية داخل النجوم الضخمة، لأن فجوة الكتلة لعدم الاستقرار الزوجي تعتمد على التفاعلات في نوى النجوم. "في المستقبل، قد تساعد بيانات موجات الجاذبية العلماء في دراسة الفيزياء النووية،" قالت المؤلفة المشاركة الدكتورة فاني دوسوبولو. لأنه لا شيء يقول "الفيزياء النووية" مثل ثقب أسود مر بعدة حوادث تصادم كونية.