Wetenschappers die zwaartekrachtgolven bestuderen denken te hebben ontdekt hoe het heelal zijn grootste zwarte gaten maakt, en spoiler: het is niet de gebruikelijke dramatische ineenstorting van een stervende ster. In plaats daarvan blijken deze kosmische zwaargewichten herhaaldelijke overtreders te zijn, die groeien door meerdere botsingen in sterrenhopen die voller zitten dan een Tokyo-metro tijdens de spits.
Onder leiding van Cardiff University dook het onderzoek in versie 4.0 van de LIGO-Virgo-KAGRA Gravitational-Wave Transient Catalog (GWTC4), die 153 betrouwbare fusies van zwarte gaten registreert. Het team, publicerend in Nature Astronomy, richtte zich op de vraag of de grootste zwarte gaten 'tweede-generatie' objecten waren - gevormd wanneer zwarte gaten van dode sterren op elkaar botsen en vervolgens opnieuw samensmelten in dichte stellaire omgevingen waar sterren tot een miljoen keer dichter bij elkaar staan dan in onze zonnebuurt.
'Zwaartekrachtgolfastronomie doet nu meer dan alleen fusies van zwarte gaten tellen,' zei hoofdauteur Dr. Fabio Antonini van Cardiff University. 'Het begint te onthullen hoe zwarte gaten groeien, waar ze groeien, en wat dat ons vertelt over de levens en sterfgevallen van massieve sterren.' De analyse identificeerde twee verschillende populaties zwarte gaten, waarbij de zwaardere een eigenaardig spingedrag vertoonden - snelle spins in willekeurige richtingen, precies wat je zou verwachten van herhaalde fusies in dichte hopen.
'Wat ons het meest verraste was hoe duidelijk de zwarte gaten met hoge massa eruit springen als een aparte populatie,' voegde co-auteur Dr. Isobel Romero-Shaw toe. 'In tegenstelling tot de systemen met lagere massa... komen de systemen met hogere massa overeen met snellere spins, georiënteerd in schijnbaar willekeurige richtingen. Dit is exact het kenmerk dat je zou verwachten als zwarte gaten herhaaldelijk samensmelten in dichte sterrenhopen.'
De studie versterkt ook het bewijs voor een mysterieuze 'massakloof' rond 45 zonsmassa's, waar sterren van een bepaalde grootte zo gewelddadig zouden moeten exploderen dat ze geen zwart gat achterlaten. 'De grootste zwarte gaten in de huidige steekproef lijken ons iets te vertellen over clusterdynamica, niet alleen over stellaire evolutie,' merkte Antonini op. 'Boven ongeveer 45 zonsmassa's verandert de spinverdeling... natuurlijk verklaard als deze zwarte gaten al eerdere fusies in dichte hopen hebben ondergaan.'
Vooruitkijkend suggereren de onderzoekers dat deze data zou kunnen helpen bij het onderzoeken van kernfysica in massieve sterren, aangezien de paar-instabiliteitsmassakloof afhangt van reacties in stellaire kernen. 'In de toekomst zouden zwaartekrachtgolfgegevens wetenschappers kunnen helpen kernfysica te bestuderen,' zei co-auteur Dr. Fani Dosopoulou. Want niets zegt 'kernfysica' zo goed als een zwart gat dat meerdere kosmische blikschades heeft gehad.