ในเดือนมกราคมปี 2559 นักวิจัยที่ Laser Interferometer Gravitational-Observatory (LIGO) สร้างประวัติศาสตร์เมื่อพวกเขาประกาศการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรก สนับสนุนโดย National Science Foundation (NSF) และดำเนินการโดย Caltech และ MIT LIGO อุทิศตนเพื่อศึกษาคลื่นที่ทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein และเกิดจากการควบรวมของหลุมดำ
จากการศึกษาใหม่โดยทีมนักดาราศาสตร์จากศูนย์จักรวาลวิทยาที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเออร์ไวน์การควบรวมดังกล่าวเป็นเรื่องธรรมดามากกว่าที่เราคิด หลังจากทำการสำรวจเอกภพที่ต้องการคำนวณและจัดประเภทหลุมดำทีม UCI พิจารณาว่าอาจมีหลุมดำจำนวนมากถึง 100 ล้านหลุมในกาแลคซีซึ่งเป็นการค้นพบที่มีนัยสำคัญต่อการศึกษาคลื่นความโน้มถ่วง
การศึกษาซึ่งรายละเอียดการค้นพบของพวกเขามีชื่อว่า“ การนับหลุมดำ: Cosmic Stellar Remnant ประชากรและความหมายสำหรับ LIGO” เพิ่งปรากฏใน ประกาศรายเดือนของสมาคมดาราศาสตร์ นำโดย Oliver D. Elbert นักเรียน postdoc กับภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่ UC Irvine ทีมได้ทำการวิเคราะห์สัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่ LIGO ตรวจพบ
การศึกษาของพวกเขาเริ่มประมาณหนึ่งปีครึ่งหลังจาก LIGO ประกาศการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงครั้งแรก คลื่นเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยการรวมตัวของหลุมดำสองแห่งที่อยู่ไกลออกไปซึ่งแต่ละแห่งมีมวลเทียบเท่ากันประมาณ 30 ดวง ในฐานะที่เป็น James Bullock ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ของ UC Irvine และผู้ร่วมเขียนบนกระดาษอธิบายในการแถลงข่าว UCI:
“ โดยพื้นฐานแล้วการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงเป็นเรื่องใหญ่เพราะเป็นการยืนยันการคาดการณ์ที่สำคัญของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein แต่จากนั้นเรามองเข้าไปใกล้ ๆ กับฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของผลลัพธ์จริงการรวมตัวกันของหลุมดำ 30 ดวง - ดวงอาทิตย์จำนวนสองดวง นั่นเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจมากและทำให้พวกเราถามว่า“ หลุมดำขนาดนี้มีขนาดเท่าไรและพวกมันรวมกันบ่อยแค่ไหน?”
ตามเนื้อผ้านักดาราศาสตร์มีความเห็นว่าโดยทั่วไปแล้วหลุมดำน่าจะมีมวลประมาณเดียวกับดวงอาทิตย์ของเรา ดังนั้นพวกเขาจึงพยายามตีความการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงหลายรูปแบบของ LIGO ในแง่ของสิ่งที่ทราบเกี่ยวกับการก่อตัวกาแลคซี นอกเหนือจากนี้พวกเขายังต้องการสร้างกรอบสำหรับทำนายการรวมตัวของหลุมดำในอนาคต
จากนี้พวกเขาสรุปว่ากาแล็กซีทางช้างเผือกน่าจะเป็นหลุมดำที่สูงถึง 100 ล้านหลุมซึ่ง 10 ล้านแห่งนั้นจะมีมวลประมาณ 30 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ - คล้ายกับที่รวมกันและสร้างคลื่นความโน้มถ่วงแรกที่ตรวจพบโดย LIGO ในปี 2559 ขณะเดียวกันกาแลคซีแคระเช่น Draco Dwarf ซึ่งโคจรรอบระยะทางประมาณ 250,000 ไออาร์จากใจกลางกาแลคซีของเราจะเป็นเจ้าภาพหลุมดำประมาณ 100 แห่ง
พวกเขายังระบุอีกว่าในวันนี้หลุมดำมวลต่ำมากที่สุด (ประมาณ 10 เท่าของมวลดวงอาทิตย์) อยู่ในกาแลคซีที่มีมวลรวมประมาณ 1 ล้านล้านดวง (กาแล็กซีขนาดใหญ่) ในขณะที่หลุมดำขนาดใหญ่ (เช่นกาแลคซีแคระ) หลังจากพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างมวลกาแลคซีกับความเป็นโลหะของดาวฤกษ์พวกเขาตีความหลุมดำของกาแลคซีนับเป็นหน้าที่ของมวลดวงดาว
นอกจากนี้พวกเขายังต้องการตรวจสอบความถี่ของหลุมดำที่เกิดขึ้นเป็นคู่ความถี่ในการรวมและระยะเวลาที่จะเกิดขึ้น การวิเคราะห์ของพวกเขาชี้ให้เห็นว่ามีเพียงส่วนเล็ก ๆ ของหลุมดำที่จะต้องมีส่วนร่วมในการควบรวมเพื่อรองรับสิ่งที่ LIGO สังเกต นอกจากนี้ยังเสนอการคาดการณ์ที่แสดงให้เห็นว่ายิ่งหลุมดำขนาดใหญ่ขึ้นสามารถรวมตัวกันได้ในทศวรรษหน้า
ในฐานะที่เป็น Manoj Kaplinghat ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ UCI และผู้ร่วมเขียนคนที่สองเกี่ยวกับการศึกษาอธิบาย:
“ เราแสดงให้เห็นว่าเพียง 0.1 ถึง 1 เปอร์เซ็นต์ของหลุมดำที่เกิดขึ้นต้องรวมเพื่ออธิบายสิ่งที่ LIGO เห็น แน่นอนหลุมดำต้องเข้ามาใกล้พอที่จะรวมกันในเวลาที่เหมาะสมซึ่งเป็นปัญหาที่เปิด ... หากความคิดในปัจจุบันเกี่ยวกับวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ถูกต้องการคำนวณของเราบ่งชี้ว่าการรวมตัวของหลุมดำมวล 50 ดวงอาทิตย์จะ ถูกตรวจพบในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า”
กล่าวอีกนัยหนึ่งกาแลคซีของเราอาจเต็มไปด้วยหลุมดำและการควบรวมอาจเกิดขึ้นเป็นประจำ (เทียบกับช่วงเวลาของจักรวาล) เช่นนี้เราสามารถคาดหวังได้ว่าการตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงจะมีมากขึ้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า สิ่งนี้ไม่น่าแปลกใจเลยที่ LIGO ได้ทำการตรวจจับเพิ่มเติมสองครั้งตั้งแต่ฤดูหนาวปี 2559
นักดาราศาสตร์จะมีโอกาสมากมายในการศึกษาการควบรวมของหลุมดำด้วยการคาดว่าจะมีอีกมาก
