בינואר 2016, חוקרים במצפה הכוכבים של גל אינטרפרומטר לייזר (LIGO) עשו היסטוריה כאשר הודיעו על איתורם הראשון של גלי הכבידה אי פעם. נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (NSF) ומופעל על ידי Caltech ו- MIT, LIGO מוקדש לחקר הגלים שחזתה תורת היחסות הכללית של איינשטיין ונגרמת על ידי מיזוגים של חור שחור.
על פי מחקר חדש שנערך על ידי צוות אסטרונומים ממרכז הקוסמולוגיה באוניברסיטת קליפורניה אירווין, מיזוגים כאלה נפוצים בהרבה ממה שחשבנו. לאחר עריכת סקר על הקוסמוס שנועד לחשב ולסווג חורים שחורים, צוות UCI קבע שיכולים להיות עד 100 מיליון חורים שחורים בגלקסיה, ממצא שיש לו השלכות משמעותיות על חקר גלי הכבידה.
המחקר המפרט את ממצאיהם, שכותרתו "ספירת חורים שחורים: אוכלוסיית השרידים הכוכבים הקוסמיים וההשלכות על ליגו", הופיע לאחרונה ב הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה. בראשותו של אוליבר ד. אלברט, סטודנט לאחר הדוקטורט במחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה ב- UC Irvine, ערך הצוות ניתוח של אותות גל הכבידה שהתגלו על ידי LIGO.
המחקר שלהם החל בערך לפני כשנה וחצי, זמן קצר לאחר ש- LIGO הודיעה על גילוי הראשון של גלי הכבידה. גלים אלו נוצרו על ידי מיזוג של שני חורים שחורים מרוחקים, שכל אחד מהם שווה במסה לכ- 30 שמשות. כפי שהסביר ג'יימס בולוק, פרופסור לפיזיקה ואסטרונומיה ב- UC Irvine וסופר משותף בעיתון, בהודעה לעיתונות של UCI:
"ביסודו, איתור גלי הכבידה היה עניין אדיר, משום שהיה אישור לתחזית מפתח לתורת היחסות הכללית של איינשטיין. אבל אז התבוננו מקרוב באסטרופיזיקה של התוצאה בפועל, מיזוג של שני חורים שחורים המונים 30 שמש. זה פשוט היה מדהים והביא אותנו לשאלה, "כמה שכיחים חורים שחורים בגודל כזה, ובאיזו תדירות הם מתמזגים?"
באופן מסורתי, האסטרונומים היו בדעה כי חורים שחורים בדרך כלל יהיו בערך באותה המסה כמו השמש שלנו. כיוון שכך, הם ביקשו לפרש את מספר הגלישה הגלים בכבידה שביצעה LIGO מבחינת הידוע על היווצרות הגלקסיה. מעבר לכך, הם גם ביקשו ליצור מסגרת לחיזוי מיזוגים של חור שחור בעתיד.
מכאן, הם הגיעו למסקנה כי גלקסיית שביל החלב תכלול עד 100 מיליון חורים שחורים, אשר 10 מיליון מהם היו בעלי מסה מוערכת של כ- 30 מסות שמש - כלומר דומות לאלה שהתמזגו ויצרו את גלי הכבידה הראשונים שאותרו ליגו בשנת 2016. בינתיים, גלקסיות גמדיות - כמו הגמד דראקו, המסלול סביב מרחק של כ -250,000 לי ממרכז הגלקסיה שלנו - היו מארחות כ 100 חורים שחורים.
עוד הם קבעו כי כיום רוב החורים השחורים בעלי המסה הנמוכה (~ 10 מסות שמש) שוכנים בתוך גלקסיות של טריליון מסות שמש (גלקסיות מאסיביות) ואילו חורים שחורים מאסיביים (~ 50 מסות שמש) שוכנים בתוך גלקסיות שיש בהן כעשרה מיליארד מסות שמש. (כלומר גלקסיות ננסיות). לאחר ששקלו את הקשר בין מסת הגלקסיה למתכת הכוכבים, הם פירשו את ספירת החורים השחורים של הגלקסיה כפונקציה של המסה הכוכבית שלה.
בנוסף הם גם ביקשו לקבוע באיזו תדירות חורים שחורים מתרחשים בזוגות, באיזו תדירות הם מתמזגים וכמה זמן זה ייקח. הניתוח שלהם הצביע על כך שרק חלק זעיר של חורים שחורים יצטרך להיות מעורב במיזוגים כדי להתאים למה שליגו צפתה. הוא הציע גם תחזיות שהראו כיצד אפילו חורים שחורים גדולים יותר יכולים להתמזג בעשור הבא.
כפי שהסביר מנוג 'קפלינגת, גם הוא פרופסור UCI לפיזיקה ואסטרונומיה והסופר השני של המחקר:
"אנו מראים שרק 0.1 עד 1 אחוז מהחורים השחורים שנוצרו צריכים להתמזג כדי להסביר את מה ש- LIGO ראתה. כמובן שהחורים השחורים צריכים להתקרב מספיק כדי להתמזג בזמן סביר, וזו בעיה פתוחה ... אם הרעיונות הנוכחיים לגבי אבולוציה מהממים צודקים, הרי שהחישובים שלנו מצביעים על כך שמיזוגים של חורים שחורים בגודל 50-סולארי יהיו יתגלה בעוד כמה שנים. "
במילים אחרות, הגלקסיה שלנו עשויה לחורים שחורים, ומיזוגים עשויים להתרחש באופן קבוע (יחסית לטווחי הזמן הקוסמולוגיים). ככזו, אנו יכולים לצפות כי יתאפשרו איתור רב יותר של גלי כוח הכבידה בשנים הקרובות. זה לא אמור להפתיע, מכיוון ש- LIGO ביצעה שתי חשיפות נוספות מאז חורף 2016.
עם צפויים רבים נוספים, לאסטרונומים יהיו הזדמנויות רבות ללמוד מיזוגים של חורים שחורים, שלא לדבר על הפיזיקה המניעה אותם!
