I vad som tros vara den första direkta upptäckten av ett par sammanslagna svarta hål, har astronomer observerat en kosmisk katastrof som kan testa vår förståelse av hur dessa objekt bildas och utvecklas.
Fyndet, publicerat i tidskriften Nature, ger nya ledtrådar till det mystiska ursprunget till binära svarta hål - par av svarta hål som kretsar runt varandra innan de så småningom kolliderar.
"Vi tror att den här händelsen är resultatet av ett par svarta hål som föddes när en enda massiv stjärna exploderade", säger studiens huvudförfattare Vicky Kalogera, professor i fysik och astronomi vid Northwestern University.
Stjärnexplosionen, känd som en supernova, skulle ha inträffat för hundratals miljoner år sedan i en galax miljarder ljusår från jorden.
"De två svarta hålen som resulterade från supernovan skulle ha varit i en mycket nära omloppsbana," sa Kalogera. "Med tiden skulle de ha utstrålat energi och förlorat vinkelmomentum, vilket fick deras omloppsbana att förfalla och de svarta hålen att spiralera inåt."
Det sista steget skulle ha skett på en bråkdel av en sekund och släppt lös en explosion av gravitationsvågor – krusningar i rymdtiden som förutsägs av Einsteins allmänna relativitetsteori.
Dessa gravitationsvågor skulle ha färdats över universum och så småningom nått LIGO, ett par gigantiska laserinterferometrar som ligger i USA. LIGO är designad för att upptäcka dessa krusningar i rumtiden.
Den 21 maj 2019 upptäckte LIGO en gravitationsvågssignal som matchade den förutsagda signaturen för ett par sammanslagna svarta hål.
Händelsen, kallad GW190521, var den mest massiva sammanslagningen av binära svarta hål som någonsin observerats av LIGO. Det primära svarta hålet hade en massa på cirka 85 gånger solens, medan det sekundära svarta hålet hade en massa på cirka 66 gånger solens.
"Massan av dessa svarta hål är särskilt spännande," sa Kalogera. "De är båda större än de typiska svarta hålen med stjärnmassa som vi har observerat hittills."
Detta tyder på att GW190521 kan ha bildats genom en annan mekanism än de flesta andra binära svarta hål.
"Det är möjligt att dessa två svarta hål bildades från ett massivt binärt stjärnsystem," sa Kalogera. "I ett sådant system byter de två stjärnorna massa och smälter så småningom samman och bildar ett enda svart hål. Detta svarta hål kan sedan gå samman med ett annat svart hål för att bilda det binära svarta hålet som vi observerade."
Upptäckten av GW190521 är en viktig milstolpe i studiet av svarta hål och gravitationsvågor. Det ger nya insikter om bildningen och utvecklingen av dessa objekt och ger en lockande inblick i det våldsamma universum som ligger långt utanför vår räckhåll.
