Tweede catalogus van zwaartekrachtgolven leert ons meer over samensmeltende zwarte gaten

Vandaag is de tweede catalogus verschenen van zwaartekrachtgolven – GWTC-2. Tijdens de waarneemcampagnes O1, O2 en O3a zijn vanaf 2015 tot september 2019 met de LIGO detectoren in Hanford en Livingston in de VS en de Advanced Virgo detector in Italië maar liefst 47 zwaartekrachtgolven gedetecteerd. De meeste van die golven (feitelijk rimpels in de ruimtetijd) ontstonden door het botsen en samensmelten van zwarte gaten. Analyse van die 47 zwaartekrachtgolven heeft aardig wat nieuwe inzichten opgeleverd over die extreme gebeurtenissen:

• De massa van zwarte gaten blijkt toch gecompliceerder te zijn dan men eerst dacht. Bij O1 (2015-2016) en O2 (2016-2017) waren de zwarte gaten allemaal lichter dan 45 zonsmassa en dat kwam aardig overeen met de heersende gedachte dat zwarte gaten tussen 50 en 120 zonsmassa niet bestaan. Maar bij O3, dat april 2019 startte, kwamen wel enkele zwarte gaten tevoorschijn die zwaarder zijn dan 45 zonsmassa. Kennelijk zijn er toch verschillende soorten van stellaire zwarte gaten.
• Sommige zwarte gaten hebben een spin/rotatie die niet overeenkomt met de spin van het nieuwe gevormde zwarte gat. Bij negen van de 47 botsers kwam dat voor. Het zou kunnen dat een deel van de botsende zwarte gaten niet als binair systeem bij elkaar heeft gezeten, waarbij je een zelfde spin wel verwacht, maar dat ze dynamisch zijn, dat wil zeggen dat de botsing het gevolg is van dynamiek in bijvoorbeeld een cluster van sterren (zie de afbeelding bovenaan). Dán verwacht men isotropisch verdeelde rotaties, zoals dat heet.
• 

  De gemiddelde hoeveelheid botsingen van zwarte gaten (blauwe lijn) stijgt met de afstand (weergegeven met de roodverschuiving), maar wijkt af van de toename van stervorming (de gestreepte lijn). Credit: Abbott et al. 2021.

  De hoeveelheid botsingen van zwarte gaten neemt toe met de afstand, dus hoe verder weg we kijken hoe meer botsingen er zijn. De gemiddelde hoeveelheid botsingen van zwarte gaten is één botsing per 15-38 Gpc-³/jaar, bij botsende neutronensterren is dat per 80-810 Gpc-³/jaar. Nou weten we dat vroeger de snelheid van stervorming in de sterrenstelsels hoger lag dan tegenwoordig, maar die hogere snelheid lijkt niet overeen te komen met de verhoogde aanwezigheid van botsingen van zwarte gaten (zie de afbeelding hierboven).

Men is nu bezIg de vijf waarneemmaanden van O3b te analyseren en O4 zal na een verbetering van de instrumenten half 2022 starten. Bron: LIGO.