Naukowcy badający fale grawitacyjne sądzą, że odkryli, jak wszechświat tworzy swoje największe czarne dziury, i spoiler: to nie zwykły dramatyczny kolaps umierającej gwiazdy. Zamiast tego te kosmiczne ciężkie wagi wydają się być recydywistami, rosnącymi poprzez wielokrotne kolizje wewnątrz gromad gwiazd, które są bardziej zatłoczone niż tokijskie metro w godzinach szczytu.

Badania prowadzone przez Cardiff University zagłębiły się w wersję 4.0 katalogu LIGO-Virgo-KAGRA Gravitational-Wave Transient Catalog (GWTC4), który rejestruje 153 wiarygodne połączenia czarnych dziur. Zespół, publikując w Nature Astronomy, skupił się na tym, czy największe czarne dziury były obiektami „drugiej generacji” – powstałymi, gdy czarne dziury z martwych gwiazd zderzają się, a następnie łączą ponownie w gęstych środowiskach gwiazdowych, gdzie gwiazdy są stłoczone nawet milion razy bliżej niż w naszym sąsiedztwie słonecznym.

„Astronomia fal grawitacyjnych robi teraz coś więcej niż tylko liczenie połączeń czarnych dziur” – powiedział główny autor dr Fabio Antonini z Cardiff University. „Zaczyna ujawniać, jak czarne dziury rosną, gdzie rosną i co to mówi o życiu i śmierci masywnych gwiazd”. Analiza zidentyfikowała dwie odrębne populacje czarnych dziur, przy czym cięższe wykazywały osobliwe zachowanie spinu – szybkie spiny w losowych kierunkach, dokładnie to, czego można by oczekiwać po wielokrotnych połączeniach w gęstych gromadach.

„To, co nas najbardziej zaskoczyło, to jak wyraźnie czarne dziury o dużej masie wyróżniają się jako osobna populacja” – dodała współautorka dr Isobel Romero-Shaw. „W przeciwieństwie do układów o niższej masie... układy o wyższej masie są zgodne z szybszymi spinami, zorientowanymi w pozornie losowych kierunkach. To dokładny sygnatur, jakiego można oczekiwać, gdyby czarne dziury wielokrotnie łączyły się w gęstych gromadach gwiazd”.

Badanie wzmacnia również dowody na tajemniczą „lukę masową” wokół 45 mas Słońca, gdzie gwiazdy o określonej wielkości powinny eksplodować tak gwałtownie, że nie pozostawiają po sobie czarnej dziury. „Największe czarne dziury w obecnej próbce wydają się mówić nam o dynamice gromad, a nie tylko o ewolucji gwiazd” – zauważył Antonini. „Powyżej około 45 mas Słońca rozkład spinów zmienia się... naturalnie wyjaśnione, jeśli te czarne dziury przeszły już wcześniejsze połączenia w gęstych gromadach”.

Patrząc w przyszłość, naukowcy sugerują, że te dane mogą pomóc w badaniu fizyki jądrowej wewnątrz masywnych gwiazd, ponieważ luka masowa par niestabilnych zależy od reakcji w jądrach gwiazd. „W przyszłości dane dotyczące fal grawitacyjnych mogą pomóc naukowcom w badaniu fizyki jądrowej” – powiedziała współautorka dr Fani Dosopoulou. Bo nic tak nie mówi „fizyka jądrowa” jak czarna dziura, która przeszła przez wiele kosmicznych stłuczek.