Zwaartekrachtgolven gaven een nieuw zwart gat een snelle ‘kick’

Dit zwarte gat weet echt hoe hij moet terugslaan.

Wetenschappers hebben onlangs twee zwarte gaten waargenomen die zich verenigden in één, en daarbij een “kick” kregen die het nieuw gevormde zwarte gat met hoge snelheid wegslingerde. Dat zwarte gat uitgezoomd bij ongeveer 5 miljoen kilometer per uur, geef of neem een ​​paar miljoen, melden onderzoekers in een krant in de pers in Fysieke beoordelingsbrieven. Dat is razendsnel: de lichtsnelheid is slechts 200 keer zo snel.

Rimpelingen in de ruimtetijd, zwaartekrachtgolven genoemd, lanceerden het zwarte gat via zijn halsbrekende uitgang. Wanneer twee gepaarde zwarte gaten naar binnen spiraalsgewijs en samenvloeien, stoten ze deze rimpelingen uit, die de ruimte uitrekken en samendrukken. Als die zwaartekrachtsgolven bij voorkeur in één richting de kosmos worden afgeschoten, zal het zwarte gat als reactie daarop terugdeinzen.

Het is vergelijkbaar met een geweer dat terugslaat na het afschieten van een kogel, zegt astrofysicus Vijay Varma van het Max Planck Instituut voor Gravitatiefysica in Potsdam, Duitsland.

Zwaartekrachtgolfobservatoria LIGO en Virgo, gevestigd in de Verenigde Staten en Italië, detecteerden de ruimtetijdrimpelingen van de zwarte gaten toen ze op 29 januari 2020 de aarde bereikten. Die golven onthulden details over hoe de zwarte gaten samensmolten, wat erop duidde dat een grote schop waarschijnlijk was . Terwijl de zwarte gaten om elkaar heen cirkelden, roteerde het vlak waarin ze ronddraaiden, of ging vooruit, vergelijkbaar met hoe een tol wiebelt terwijl hij ronddraait. Voorkomende zwarte gaten zullen naar verwachting grotere kicks krijgen wanneer ze samensmelten.

Dus Varma en collega’s doken dieper in de gegevens en peilden of het zwarte gat de boot kreeg. Om de kicksnelheid te schatten, vergeleken de onderzoekers de gegevens met verschillende voorspelde versies van samensmeltingen van zwarte gaten, gemaakt op basis van computersimulaties die de vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie oplossen, de zwaartekrachttheorie van Einstein (SN: 2/3/21). De terugslag was zo groot, ontdekten de onderzoekers, dat het zwarte gat waarschijnlijk uit zijn huis werd gegooid en tegen de kosmische stoeprand werd geschopt.

Dichte groepen sterren en zwarte gaten, bolvormige sterrenhopen genoemd, zijn een locatie waar zwarte gaten worden verondersteld samen te werken en samen te smelten. De kans dat het geschopte zwarte gat in een bolvormige sterrenhoop zou blijven, is slechts ongeveer 0,5 procent, berekende het team. Voor een zwart gat in een ander type dichte omgeving, een nucleaire stercluster genaamd, was de kans om rond te blijven ongeveer 8 procent.

De grote ontsnapping van het zwarte gat kan grote gevolgen hebben. LIGO en Virgo detecteren samensmeltingen van stellaire zwarte gaten, die ontstaan ​​wanneer een ster explodeert in een supernova en instort tot een zwart gat. Wetenschappers willen begrijpen of zwarte gaten die samenwerken in overvolle clusters opnieuw zouden kunnen samenwerken, door meerdere meldingsrondes te gaan. Als ze dat doen, zou dat kunnen helpen bij het verklaren van enkele verrassend omvangrijke zwarte gaten die eerder bij fusies werden gezien (SN: 9/2/20). Maar als samengevoegde zwarte gaten vaak van huis worden weggeschoten, zou dat de kans op meerdere fusies kleiner maken.

“Kicks zijn erg belangrijk om te begrijpen hoe zware stellaire zwarte gaten ontstaan”, zegt Varma.

Eerder hebben astronomen bewijs verzameld van zwaartekrachtsgolven die grote schoppen geven aan superzware zwarte gaten, de veel grotere beesten die in de centra van sterrenstelsels worden gevonden (SN: 28-3-17). Maar die conclusie hangt af van waarnemingen van licht, in plaats van zwaartekrachtsgolven. “Zwaartekrachtgolven zijn in zekere zin schoner en gemakkelijker te interpreteren”, zegt astrofysicus Manuela Campanelli van het Rochester Institute of Technology in New York, die niet betrokken was bij het nieuwe onderzoek.

LIGO- en Virgo-gegevens hadden al enig bewijs onthuld dat zwarte gaten kleine schoppen kregen. De nieuwe studie is de eerste die rapporteert dat zwaartekrachtgolven worden gebruikt om een ​​zwart gat aan de ontvangende kant van een grote trap te spotten.

Die grote kick is geen verrassing, zegt Campanelli. Eerdere theoretische voorspellingen van Campanelli en collega’s suggereerden dat zulke krachtige trappen mogelijk waren. “Het is altijd spannend als iemand uit waarnemingen kan meten wat je op basis van berekeningen hebt voorspeld.”