Fysiker har beskrivit hur observationer av gravitationella vågor begränsar de möjliga förklaringarna till bildandet av svarta hål utanför vår galax; antingen snurrar de långsammare än svarta hål i vår egen galax eller så snurrar de snabbt men "tumlar runt" med snurr slumpmässigt orienterade mot deras bana.

Pappret, publicerad i Natur , är baserad på data som kom till efter landmärkesobservationer av gravitationella vågor av LIGO gravitationsvågdetektorn 2015 och igen 2017.

I vår egen galax har vi kunnat elektromagnetiskt observera svarta hål i omlopp av stjärnor och kartlägga deras beteende - särskilt deras snabba snurr.

Gravitationsvågor bär information om det dramatiska ursprunget till svart som annars inte kan erhållas. Fysiker drog slutsatsen att de första upptäckta gravitationella vågorna, i september 2015, producerades under den sista bråkdelen av en sekund av sammanslagningen av två svarta hål för att producera en enda, mer massivt snurrande svart hål. Kollisioner av två svarta hål hade förutsetts, men aldrig observerat.

Som sådan, gravitationella vågor presenterar det bästa och enda sättet att få en djup titt på befolkningen av stjärnmassa binära svarta hål bortom vår galax. Detta papper säger att de svarta hålen som ses via gravitationella vågor skiljer sig från de som tidigare setts i vår galax på ett av två möjliga sätt.

Den första möjligheten är att de svarta hålen snurrar långsamt. Om så är fallet tyder det på att något annat händer med stjärnorna som bildar dessa svarta hål än de som observerats i vår galax.

Den andra möjligheten är att de svarta hålen snurrar snabbt, ungefär som i vår galax, men har "tumlats" under bildning och är därför inte längre i linje med omloppsbana. Om detta är fallet, det skulle betyda att de svarta hålen lever i en tät miljö - troligen inom stjärnkluster. Det skulle innebära en betydligt mer dynamisk bildning.

Det finns, dock, också chansen att båda möjligheterna är sanna - att det finns fall av svarta hål som snurrar långsamt i fältet och fall av svarta hål som snurrar snabbt i en tät miljö.

Dr Will Farr, från School of Physics and Astronomy vid University of Birmingham, förklarade, "Genom att presentera dessa två förklaringar till det observerade beteendet, och utesluter andra scenarier, vi ger dem som studerar och försöker förklara bildandet av svarta hål ett mål att träffa. På vårt område, att veta frågan att ställa är nästan lika viktigt som att få själva svaret. "

Professor Ilya Mandel, även från University of Birmingham, tillade "Vi kommer att veta vilken förklaring som är rätt inom de närmaste åren. Detta är något som bara har möjliggjorts av LIGO -detekteringar av gravitationella vågor under de senaste åren. Detta fält är i sin linda; jag är övertygad om att inom en snar framtid kommer vi att se tillbaka på dessa första upptäckter och rudimentära modeller med nostalgi och en mycket bättre förståelse för hur dessa exotiska binära system bildas. "

Teamet leddes av forskare från University of Birmingham i Storbritannien vid sidan av University of Maryland, University of Chicago och Kavli Institute for Theoretical Physics i USA.