Największe czarne dziury powstają w zatłoczonych gromadach gwiazd, przekonuje na łamach czasopisma "Nature Astronomy" międzynarodowy zespół naukowców. Według opublikowanych dziś wyników badań, najbardziej masywne czarne dziury we Wszechświecie nie powstały bezpośrednio w wyniku zapadania się pojedynczych gwiazd, lecz są efektem serii gwałtownych zderzeń i połączeń czarnych dziur w niezwykle gęstych gromadach.
- Informacje ze świata nauki, sportu, polityki i gospodarki znajdziesz na stronie głównej RMF24.pl.
Gromady kuliste, takie jak M80 oddalona od Ziemi o około 28 tysięcy lat świetlnych, to skupiska setek tysięcy gwiazd związanych grawitacyjnie. W takich środowiskach, gdzie odległości między gwiazdami są nawet milion razy mniejsze niż w okolicach Słońca, dochodzi do licznych interakcji i kolizji. To właśnie tam, jak wskazują najnowsze analizy, czarne dziury mogą rosnąć do ogromnych rozmiarów poprzez wielokrotne łączenie się ze sobą.
Zespół badawczy, kierowany przez naukowców z Cardiff University, przeanalizował najnowszą wersję katalogu zarejestrowanych fal grawitacyjnych (GWTC-4), obejmującą 153 potwierdzone detekcje zderzeń czarnych dziur. Fale grawitacyjne, będące subtelnymi zmarszczkami w czasoprzestrzeni, powstają właśnie podczas takich kosmicznych kataklizmów i są rejestrowane przez naziemne detektory LIGO, Virgo oraz KAGRA.
Analiza tych danych pozwoliła wyróżnić dwie wyraźnie różniące się populacje czarnych dziur. Pierwsza z nich to obiekty o niższej masie, których właściwości są zgodne z przewidywaniami dla czarnych dziur powstałych bezpośrednio z zapadania się masywnych gwiazd. Druga, znacznie liczniejsza grupa, wykazuje cechy charakterystyczne dla tzw. hierarchicznych połączeń. To czarne dziury, które powstały w wyniku wielokrotnych zderzeń i łączenia się mniejszych czarnych dziur w gęstych gromadach gwiazd.
Co wyróżnia te najbardziej masywne czarne dziury? Przede wszystkim szybkie zmiany ich, często chaotycznie zorientowanych, osi obrotu. Takie właściwości są trudne do wytłumaczenia w przypadku pojedynczych układów gwiazdowych, natomiast doskonale pasują do scenariusza powstawania w zatłoczonych gromadach, gdzie czarne dziury mogą wielokrotnie zderzać się i łączyć. To właśnie te obserwacje stanowią najmocniejszy jak dotąd dowód na istnienie dwóch odrębnych populacji czarnych dziur.
Wyniki badań dostarczają również najpoważniejszych jak dotąd dowodów na istnienie tzw. luki masowej. Hipoteza ta przewiduje, że gwiazdy o bardzo dużych masach nie są w stanie utworzyć czarnych dziur, ponieważ eksplodują w sposób całkowicie niszczący ich jądro. Granica tej luki została wyznaczona na około 45 mas Słońca. Czarne dziury powyżej tej masy, wykryte w danych fal grawitacyjnych, najprawdopodobniej powstały właśnie w wyniku wielokrotnych połączeń w gromadach gwiazd.
Badacze podkreślają, że dalsze analizy fal grawitacyjnych mogą w przyszłości pozwolić na jeszcze dokładniejsze badania procesów zachodzących w jądrach masywnych gwiazd, w tym reakcji odpowiedzialnych za powstawanie i ewolucję czarnych dziur. Odkrycia te pokazują też, że historia czarnych dziur jest znacznie bardziej złożona, niż dotychczas sądzono. Zamiast być jedynie "nagrobkami" po śmierci masywnych gwiazd, największe czarne dziury są świadectwem dynamicznych procesów zachodzących w sercach gęstych gromad, gdzie zderzenia są na porządku dziennym.
