Sedan genombrottet inom gravitationsvågsastronomin 2015, forskare har kunnat upptäcka mer än ett dussin par nära belägna svarta hål – kända som binära svarta hål – genom deras kollisioner med varandra på grund av gravitationen. Dock, forskare diskuterar fortfarande hur många av dessa svarta hål som är födda från stjärnor, och hur de kan komma tillräckligt nära för en kollision under vårt universums livstid.

Nu, en lovande ny studie utvecklad av en Vanderbilt-astrofysiker kan ge oss en metod för att hitta antalet tillgängliga stjärnor i universums historia som kolliderar som binära svarta hål.

Forskningen, som visas idag i The Astrofysiska tidskriftsbrev , kommer att hjälpa framtida forskare att tolka den underliggande populationen av stjärnor och testa bildningsteorierna för alla kolliderande svarta hål i den kosmiska historien.

"Forskare fram till nu har teoretiserat bildandet och existensen för par av svarta hål i universum, men ursprunget till deras föregångare, stjärnor, är fortfarande ett mysterium, ", sa Vanderbilt-astrofysikern och huvudförfattaren till studien Karan Jani. "Med denna studie, vi gjorde en kriminalteknisk studie av kolliderande svarta hål med hjälp av de astrofysiska observationer som för närvarande är tillgängliga. I processen, vi utvecklade en grundläggande begränsning, eller budget, som berättar om andelen stjärnor sedan universums början som är avsedda att kollidera som svarta hål."

Utnyttja Einsteins allmänna relativitetsteori, som berättar hur svarta hål interagerar och så småningom kolliderar, Jani och medförfattaren Abraham Loeb vid Harvard University använde registrerade LIGO-händelser för att göra en inventering av universums tids- och rymdresurser vid en given punkt. De utvecklade sedan de begränsningar som står för varje steg i den binära svarta hålsprocessen:antalet tillgängliga stjärnor i universum, processen med att varje stjärna övergår till ett enskilt svart hål, och upptäckten av den eventuella kollisionen av de svarta hålen – plockade upp hundratals miljoner år senare av LIGO som gravitationsvågor som sänds ut av nedslaget.

"Från de aktuella observationerna, vi finner att 14 procent av alla massiva stjärnor i universum är avsedda att kollidera som svarta hål. Det är anmärkningsvärd effektivitet från naturens sida, ", tillade Jani. "Dessa ytterligare begränsningar i vårt ramverk borde hjälpa forskare att spåra historien om svarta hål, svara på gamla frågor och utan tvekan öppna upp för mer exotiska scenarier."