Din 2015, când au fost detectate pentru prima dată undele gravitaționale, observatoarele LIGO, Virgo și KAGRA au înregistrat sute de semnale de la fuziuni de obiecte compacte. Cu toate acestea, întrebarea cum se formează sistemele binare de găuri negre rămâne deschisă. Acum, două studii independente au indicat existența unor populații distincte, dintre care una poate consta din găuri negre de a doua generație – obiecte născute din impacturi anterioare.
Există două scenarii principale pentru formarea sistemelor binare de găuri negre. Prima sugerează că două stele masive se formează și evoluează împreună, iar după moartea lor, se formează un sistem binar de găuri negre. A doua opțiune este asociată cu grupuri de stele dense, unde găurile negre deja formate se pot apropia una de cealaltă și pot forma perechi ca rezultat al interacțiunilor gravitaționale aleatorii.
Informațiile despre masa și rotația obiectelor sunt conținute sub forma unei unde gravitaționale care apare atunci când acestea se apropie și se contopesc. Diferite mecanisme de formare pot lăsa trăsături caracteristice în acești parametri. Primul grup, condus de cercetătorul MIT Kaylin Plunkett, a dezvoltat un model bazat pe doi parametri de rotație. Ele arată viteza de rotație a găurilor negre și direcția axelor lor în raport cu mișcarea orbitală a sistemului.
Cea de-a doua echipă, condusă de cercetătorul de la Universitatea Monash, Sharan Banajiri, a folosit o abordare statistică mai flexibilă. Oamenii de știință au permis datelor să determine în mod independent numărul de grupuri posibile, fără a specifica în prealabil scenarii de origine specifice. În ciuda diferențelor de metode, ambele grupuri au descoperit o populație distinctă de găuri negre deosebit de masive. Masa fiecărui obiect major în astfel de sisteme era de aproximativ 40 de mase solare sau mai mult.
Echipa lui Plunkett a descoperit că găurile negre masive se învârteau rapid, iar direcțiile lor axiale erau distribuite aleatoriu. Această imagine este în concordanță cu un scenariu de fuziune ierarhică, în care unele găuri negre au fost deja formate ca urmare a coliziunilor anterioare și apoi au devenit parte a unui nou sistem binar.
Grupul lui Banajiri a identificat o limită de masă similară și a găsit, de asemenea, rate mari de rotație. Cu toate acestea, în această analiză, direcția de rotație nu a furnizat dovezi atât de clare de refuzie, așa că autorii au cerut prudență în interpretarea rezultatelor.
Datele obținute sunt considerate una dintre cele mai convingătoare dovezi ale existenței găurilor negre de a doua generație. Astfel de obiecte s-ar fi putut forma nu direct după prăbușirea unei stele masive, ci ca urmare a fuziunii a două găuri negre mai ușoare. Acest mecanism poate explica apariția obiectelor într-un interval de masă greu de obținut în timpul evoluției stelare normale. În unele modele, unele stele deosebit de masive sunt distruse complet și nu lasă în urmă o gaură neagră de o anumită masă. Îmbinările repetate funcționează în jurul acestei limitări.
Studierea fuziunilor ierarhice poate ajuta și la înțelegerea modului în care au crescut semințele găurilor negre supermasive în centrele galaxiilor. Pe măsură ce sensibilitatea detectorilor de unde gravitaționale crește, oamenii de știință vor putea determina cu mai multă precizie granițele dintre diferitele populații și vor testa scenariile propuse. Dar și acum este clar: găurile negre nu se nasc la fel. Unele dintre ele sunt rezultatul evoluției îndelungate a stelelor, altele sunt produsul canibalismului cosmic. Și dacă este așa, atunci Universul este plin de povești „de familie” pe care abia începem să le citim.
