Forskare börjar bli bekanta med svarta hål som stöter på natten. Redan 2015 skrev Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (eller LIGO) historia genom att upptäcka mullret i rymdtiden som orsakats av två svarta hål som kolliderar i en galax långt, långt borta. Denna första upptäckt bekräftade förekomsten av svarta hål med binära stjärnmassa, eller de som föddes från massiva stjärnors spektakulära supernovadöd. Sedan dess har vi upptäckt flera andra sammanslagningar (plus en bonus med neutronstjärnor!).

Nu, i forskning publicerad den 10 april 2018, i tidskriften Physical Review Letters, föreslår forskare att svarta hål sannolikt går samman upprepade gånger för att producera svarta hål som är för massiva för att produceras av bara en stjärna. Och klotformade stjärnhopar kan vara det perfekta området för sådana objekt att bildas och smälta samman — om och om igen.

"Vi tror att dessa kluster bildades med hundratals till tusentals svarta hål som snabbt sjönk ner i centrum", säger Carl Rodriguez, från MIT och Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, i ett uttalande. "Den här typen av kluster är i huvudsak fabriker för svarta håls binärer, där du har så många svarta hål som hänger ut i en liten del av rymden att två svarta hål kan smälta samman och producera ett mer massivt svart hål. Då kan det nya svarta hålet hitta en annan följeslagare och slå samman igen."

LIGO har ännu inte tagit upp en av dessa "andra generationens sammanslagningar." Alla sammanslagningar som hittills har upptäckts har involverat svarta hål med stjärnmassa (de som sannolikt bildas av enstaka massiva stjärnor). Skulle gravitationsvågorna från en sammanslagningshändelse som involverar ett svart hål på 50 gånger massan av vår sol upptäckas i framtiden, skulle det dock vara starka bevis som tyder på upprepad sammanslagning av svarta hål. Och det skulle vara spännande.

"Om vi ​​väntar tillräckligt länge, så kommer LIGO så småningom att se något som bara kunde ha kommit från dessa stjärnhopar, eftersom det skulle vara större än allt du kan få från en enda stjärna," tillade Rodriguez.

De flesta galaxer är hem för klothopar, med fler hopar som finns i större galaxer. Därför kan massiva elliptiska galaxer vara värd för tiotusentals kluster, medan Vintergatan har ungefär 200, med den närmaste belägen 7 000 ljusår från jorden. Dessa kluster innehåller uråldriga stjärnor som alla är inträngda i en liten volym, så förutsättningarna är mogna för att eventuella svarta hål inuti dessa kluster ska falla till mitten och bli mysiga med andra svarta hål som lurar.

Bör två svarta hål driva nära varandra efter att ha fallit från olika delar av ett kluster, relativitetsberäkningar tyder på att de kommer att sända ut gravitationsvågor och därigenom tappa energi från deras rörelse genom klustret. Detta skulle få de svarta hålen att sakta ner och börja spiralera in och så småningom lägga sig i en binär bana runt varandra. Då är deras öden beseglade. Båda svarta hålen kommer att fortsätta att avge gravitationsvågor, vilket får deras omloppsbana att krympa tills paret kolliderar, smälter samman och bryter ut med en kraftfull gravitationsvågsexplosion som skulle resa bort med ljusets hastighet. Detta nyligen sammanslagna svarta hål skulle sedan hänga inne i klustret i väntan på att ett annat svart hål skulle glida förbi och börja den binära dansen igen.

Men när Rodriguez team körde simuleringarna antog de att de sammanslagna svarta hålen snurrade snabbt och resultaten var, ja, ganska ballistiska.

"Om de två svarta hålen snurrar när de smälter samman, kommer det svarta hålet de skapar att avge gravitationsvågor i en enda föredragen riktning, som en raket, vilket skapar ett nytt svart hål som kan skjuta ut så snabbt som 5 000 kilometer per sekund - så, vansinnigt snabbt", sa Rodriguez. "Det krävs bara en kick på kanske några tiotal till hundra kilometer per sekund för att undkomma ett av dessa kluster."

Enligt denna logik, om de sammanslagna svarta hålen startas upp ur klustren, kan de inte slås samman igen. Men efter att ha analyserat den typiska spinn av de svarta hålen som upptäckts av LIGO, fann teamet att svarta håls spinn är mycket lägre, vilket betyder att det är mindre chans att kluster släpper loss sina nyligen sammanslagna svarta hål. Efter att ha gjort denna korrigering fann forskarna att nästan 20 procent av svarta håls binära filer skulle ha minst ett svart hål som bildades i en tidigare sammanslagning. Och enligt deras bedömning borde andra generationens svarta hål ha ett talande massintervall på mellan 50 och 130 solmassor. Det finns inget annat sätt att producera svarta hål av denna massa om det inte var för sammanslagningar.

Så nu är det över till världens gravitationsvågsdetektorer att hitta en signal som producerades av ett andra generationens svarta hål.

Nu är det intressant

Vintergatans alldeles egna klotformade stjärnhop NGC 362 tros vara mellan 10 och 11 miljarder år gammal, enligt Europeiska rymdorganisationen. Själva galaxen är mer än 13 miljarder år gammal.