Efter att ha genomfört en slags kosmisk inventering för att beräkna och kategorisera svarta hål från stjärnorna, astronomer från University of California, Irvine har kommit fram till att det förmodligen finns tiotals miljoner av de gåtfulla, mörka föremål i Vintergatan - långt fler än väntat.

"Vi tror att vi har visat att det finns så många som 100 miljoner svarta hål i vår galax, " sa UCI ordförande och professor i fysik och astronomi James Bullock, medförfattare till en forskningsartikel i ämnet i det aktuella numret av Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .

UCI:s himmelska folkräkning började för mer än ett och ett halvt år sedan, strax efter nyheten att Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, eller LIGO, hade upptäckt krusningar i rum-tidskontinuumet som skapades av den avlägsna kollisionen av två svarta hål, vardera storleken 30 solar.

"I grunden upptäckten av gravitationsvågor var en stor affär, eftersom det var en bekräftelse på en nyckelförutsägelse av Einsteins allmänna relativitetsteori, " sa Bullock. "Men sedan tittade vi närmare på astrofysiken för det faktiska resultatet, en sammanslagning av två svarta hål med 30 solmassor. Det var helt enkelt häpnadsväckande och fick oss att fråga, "Hur vanliga är svarta hål av denna storlek, och hur ofta går de samman?'"

Han sa att forskare antar att de flesta svarta hål från stjärnorna - som är resultatet av kollapsen av massiva stjärnor i slutet av deras liv - kommer att vara ungefär samma massa som vår sol. Att se bevis på att två svarta hål av sådana episka proportioner slutligen möttes i en katastrofal kollision fick några astronomer att klia sig i huvudet.

UCI:s arbete var en teoretisk undersökning av "konstigheten i LIGO-upptäckten, " sa Bullock. Forskningen, ledd av doktoranden Oliver Elbert, var ett försök att tolka gravitationsvågsdetekteringarna genom linsen av vad som är känt om galaxbildning och att bilda ett ramverk för att förstå framtida händelser.

"Baserat på vad vi vet om stjärnbildning i galaxer av olika typer, vi kan sluta oss till när och hur många svarta hål som bildades i varje galax, " sa Elbert. "Stora galaxer är hem för äldre stjärnor, och de är värd för äldre svarta hål också."

Enligt medförfattaren Manoj Kaplinghat, UCI professor i fysik och astronomi, antalet svarta hål av en given massa per galax kommer att bero på storleken på galaxen.

Anledningen är att större galaxer har många metallrika stjärnor, och mindre dvärggalaxer domineras av stora stjärnor med låg metallicitet. Stjärnor som innehåller många tyngre grundämnen, som vår sol, kasta bort mycket av den massan över sina liv. När det är dags för en att avsluta allt i en supernova, det finns inte så mycket materia kvar att kollapsa i sig själv, vilket resulterar i ett svart hål med lägre massa. Stora stjärnor med lågt metallinnehåll tappar inte så mycket av sin massa över tiden, så när en av dem dör, nästan hela dess massa kommer att hamna i det svarta hålet.

"Vi har en ganska god förståelse för den totala populationen av stjärnor i universum och deras massfördelning när de föds, så vi kan säga hur många svarta hål som borde ha bildats med 100 solmassor kontra 10 solmassor, " sa Bullock. "Vi kunde räkna ut hur många stora svarta hål som skulle finnas, och det slutade med att det hamnade i miljontals - mycket mer än jag förväntade mig."

Dessutom, för att belysa efterföljande fenomen, UCI-forskarna försökte fastställa hur ofta svarta hål förekommer i par, hur ofta de smälter samman, och hur lång tid det tar. De undrade om de svarta hålen med 30 solmassa som upptäckts av LIGO föddes för miljarder år sedan och tog lång tid att smälta samman eller kom till på senare tid (inom de senaste 100 miljoner åren) och slogs samman strax efter.

"Vi visar att endast 0,1 till 1 procent av de svarta hålen som bildas måste smälta samman för att förklara vad LIGO såg, " sa Kaplinghat. "Självklart, de svarta hålen måste komma tillräckligt nära för att smälta samman inom rimlig tid, vilket är ett öppet problem."

Elbert sa att han förväntar sig många fler upptäckter av gravitationsvågor så att han och andra astronomer kan avgöra om svarta hål kolliderar mestadels i jättegalaxer. Den där, han sa, would tell them something important about the physics that drive them to coalesce.

According to Kaplinghat, they may not have to wait too long, relatively speaking. "If the current ideas about stellar evolution are right, then our calculations indicate that mergers of even 50-solar-mass black holes will be detected in a few years, " han sa.