Skjut ett gevär, och rekylen kan slå dig bakåt. Slå samman två svarta hål i ett binärt system, och förlusten av momentum ger en liknande rekyl - en "spark" - till det sammanslagna svarta hålet.

"För några binärer, sparken kan nå upp till 5000 kilometer i sekunden, som är större än rymningshastigheten för de flesta galaxer, "sa Vijay Varma, en astrofysiker vid California Institute of Technology och en inkommande inledande Klarman -stipendiat vid Cornell University's College of Arts &Sciences.

Varma och hans medforskare har utvecklat en ny metod med gravitationsvågsmätningar för att förutsäga när ett sista svart hål kommer att förbli i sin värdgalax och när det kommer att matas ut. Sådana mätningar kan utgöra en avgörande saknad pusselbit bakom ursprunget till tunga svarta hål, sa Varma, samt ge insikter i galaxutveckling och tester av allmän relativitet. Han är huvudförfattare till "Extracting the Gravitational Recoil from Black Hole Merger Signals, "publicerad 13 mars Fysiska granskningsbrev och medförfattare med Maximiliano Isi och Sylvia Biscoveanu från Massachusetts Institute of Technology.

Som svarta hål kretsar i ett binärt system, deras gravitationella vågor bär bort energi och vinkelmoment, vilket får det binära systemet att krympa när det spiralerar inåt. När ett system har asymmetri, såsom ojämna massor, gravitationella vågor avges inte lika i alla riktningar, vilket orsakar en nettoförlust av linjär momentum, vilket resulterar i en rekyl. Det mesta av den rekylen sker alldeles nära sammanslagningen, vilket kan resultera i en kick som är tillräckligt stor för att extrahera det nyligen sammanslagna svarta hålet från sin värdgalax.

Forskarnas modeller bygger på superdatorsimuleringar som numeriskt löser Einsteins ekvationer av allmän relativitet. Simuleringarna utfördes som en del av en större forskningsinsats under Simulation eXtreme Spacetime (SXS) Collaboration som inkluderar forskargrupper från Caltech och Cornell. Saul Teukolsky, Cornells Hans A. Bethe professor i fysik, fungerar som gruppledare.

"Denna forskning visar hur gravitationsvågssignaler kan användas för att lära sig om astrofysiska fenomen på ett oväntat sätt, "sa Teukolsky." Man hade trott att vi skulle behöva vänta mer än ett decennium på detektorer som är tillräckligt känsliga för att utföra denna typ av arbete, men denna forskning visar att vi faktiskt kan göra det nu - mycket spännande! "

Även om de befintliga tillgängliga gravitationsvågssignalerna som tillkännagavs av LIGO och Virgo inte var tillräckligt starka för en bra rekylmätning, enligt författarna eftersom dessa detektorer förbättras under de närmaste åren kommer denna metod att kunna mäta sparken på ett tillförlitligt sätt.