Gravitationsvågsdetektorer hittar svarta håls sammanslagningar i universum med en hastighet av en per vecka. Om dessa sammanslagningar sker på tomt utrymme, forskare kan inte se tillhörande ljus som behövs för att avgöra var de hände. Dock, en ny studie i The Astrophysical Journal Letters , ledd av forskare vid American Museum of Natural History och City University of New York (CUNY), föreslår att forskare äntligen kan se ljus från sammanslagningar av svarta hål om kollisioner sker i närvaro av gas.

"Med en lätt signatur, astronomer skulle lätt kunna fastställa den kosmiska platsen för dessa sammanslagningar och studera dem i mycket mer detalj än vad som är möjligt för närvarande, " sa pappersförfattaren Barry McKernan, en forskarassistent vid museets institution för astrofysik samt en professor vid Borough of Manhattan Community College, KUNIG, och en fakultetsmedlem vid CUNYs Graduate Center.

Svarta hål bildas när massiva stjärnor dör. Ungefär som täta föremål som sjunker ner i en flod på jorden, svarta hål tenderar att sjunka in i regioner av galaxer där gravitationen är starkast. Man tror att ett stort antal svarta hål byggs upp i galaxernas centrum, där en mycket större, enda, supermassiva svarta hål lurar.

Om enskilda små svarta hål passerar tillräckligt nära varandra när de kretsar, deras ömsesidiga gravitation gör att de kan paras ihop och kretsa runt varandra, samtidigt som den kretsar kring det centrala supermassiva svarta hålet. Men ett andra slumpmässigt närmöte med ett annat litet svart hål kan lätt bryta isär ett sådant par.

"Så de svarta hålen dansar, bilda och bryta partnerskap, men kommer sällan tillräckligt nära varandra för att smälta samman, " sa pappersmedförfattaren K.E. Saavik Ford, som också är forskarassistent vid museets institution för astrofysik samt professor vid Borough of Manhattan Community College, KUNIG, och en fakultetsmedlem vid CUNYs Graduate Center. "Om en sammanslagning sker, det kommer att ske i mörkret, utan tillhörande ljus."

Denna bild förändras om en stor massa gas faller på det centrala supermassiva svarta hålet. Detta kommer att resultera i en ljus gasskiva som omsluter många av de svarta hålen som svärmar runt det centrala supermassiva svarta hålet och ändrar deras banor. Väl inne på disken, gasen drar i de svarta hålen, vilket får dem att spiral närmare det centrala supermassiva svarta hålet. Om de mindre svarta hålen passerar tillräckligt nära varandra, gas driver dem samman mycket snabbt och orsakar en sammanslagning och en explosion av gravitationsvågor som kan detekteras av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i USA och den europeiskt baserade Virgo-detektorn.

Det nya verket av McKernan, Vadställe, och medarbetare vid California Institute of Technology, Jet Propulsion Laboratory, University of Edinburgh, Columbia University, och University of Florida, antyder att det kan vara möjligt att se effekten av sammanslagningar av svarta hål på gasskivan. Idén:när de svarta hålen smälter samman, de upplever vanligtvis en spark i hög hastighet (cirka 50 kilometer per sekund/112, 000 miles per timme). Närliggande gas försöker följa fusionsprodukten, men smäller in i närliggande skivgas och orsakar en chockkollision. Om gasskivan är tillräckligt tunn för att låta ljuset komma ut, chockglöden kan upptäckas med teleskopiska himmelundersökningar. Sannolikheten för att upptäcka chockglöden mot en redan ljus skiva är bäst för sammanslagningar av stora svarta hål, runt centrala svarta hål med mindre massa. Tidsskalan under vilken glöden släpps kan hjälpa astronomer att skilja det svarta hålets sammanslagning från slumpmässiga variationer i skivgasen.

"LIGO har öppnat upp detta helt nya sätt att låta oss "höra" hur två svarta hål smälter samman till ett, och om vi har rätt, det kan mycket väl nu finnas ett sätt vi kan se dessa annars osynliga händelser hända, ", sa medförfattaren Nicholas Ross från University of Edinburgh. "Detta skulle få djupa konsekvenser för hur vi studerar svarta hål och för observationskosmologi."

Medförfattaren Matthew Graham från Caltech tillägger:"Vi har massor av teleskop, såsom ZTF [Zwicky Transient Facility], täcker nu stora delar av himlen varje natt. Om det finns en optisk motsvarighet, vi borde se det; om vi inte hittar någon så säger det oss också något intressant."