Скільки чорних дір у нашому всесвіті?

34

Як відомо, чорні діри важко виявити, оскільки вони такі ж чорні, як і навколишній простір. Ми можемо точно визначити їх місцезнаходження тільки в особливих обставинах, наприклад, коли вони витягують газ з сусідньої зірки або зливаються разом, випускаючи потік гравітаційних хвиль.

Отже, скільки там чорних дір ? щоб відповісти на це питання, астрономи повинні звернутися до теоретичних розрахунків, щоб зробити оцінки. У недавньому дослідженні дослідники визначили, що в нашому космічному районі потенційно є мільйони ще не виявлених маленьких чорних дір. Це означає, що близько 1% всієї матерії у всесвіті укладено всередині чорних дір.

Щоб створити чорну діру, вам потрібно створити зірки, тому що чорні діри виникають в результаті смерті зірок. Тому, щоб з’ясувати, скільки чорних дір у всесвіті, дослідникам, що стоять за дослідженням, яке нещодавно з’явилося в журналі препринтів arxiv і було прийнято до публікації в the astrophysical journal, довелося зробити кілька кроків назад.

Перший крок — змоделювати еволюцію космічної галактики протягом мільярдів років галактичної історії. Зрештою, галактики-це будинки зірок. Наприклад, деякі галактики можуть стабільно утворювати нові зірки рік за космічним роком. Інші можуть постраждати від подій злиття, які запускають раунд неймовірно високого зіркоутворення, тільки для того, щоб вони згоріли і більше не виробляли нічого примітного.

Астрономи провели відомі спостереження за статистикою галактик за космічний час, відзначивши загальну тенденцію темпів злиття галактик і демографії. Інший ключовий фактор — це так звана“ металічність » галактики, яка є мірою кількості елементів, відмінних від водню і гелію, всередині галактики (астрономи називають їх “металами“). У більших галактиках буде більше газу, що дозволить їм утворювати більше зірок. Але більша кількість металів може посилити охолодження газу, що, в свою чергу, допомагає галактикам ефективно виробляти нові зірки.

За допомогою цих будівельних блоків астрономи отримали модель зоряного населення всередині галактик, що розповідає їм, скільки маленьких, середніх і великих зірок з’являється у всесвіті.

А потім їм потрібно було простежити еволюцію — і, найголовніше, смерть-цих зірок. Для цього вони звернулися до моделювання, яке пов’язує властивості конкретної зірки (її масу і металічність) з її часом життя і можливою загибеллю. Лише невелика частина найбільших зірок породжує чорні діри, і це моделювання повідомляє астрономам, який відсоток зірок в галактиці гасне щороку.

Потім астрономам потрібно було простежити еволюцію подвійних систем, оскільки чорні діри можуть живитися від зірок-братів, поповнюючись при цьому їх газом. Таким чином, чорна діра, утворена в подвійній системі, в кінцевому підсумку виявиться більше, ніж чорна діра, народжена поодинці.

У міру того як чорні діри старіють, вони продовжують харчуватися будь-яким навколишнім газом, що також оцінили астрономи. Нарешті, іноді чорні діри знаходять один одного в темряві міжзоряного простору і зливаються разом. Таким чином, щоб зробити точний огляд, астрономи повинні були оцінити швидкість злиття чорних дір у кожній галактиці.

Зібравши все разом, астрономи змогли відстежити популяцію чорних дір протягом мільярдів років. Вони виробили так звану «функцію маси», яка є своєрідним астрономічним переписом, який повідомляє, скільки чорних дір кожного розміру існує в будь-який момент часу.

Не дивно, що найбільші чорні діри, звані надмасивними чорними дірами , зустрічаються набагато рідше, ніж їх менші побратими. Дослідники виявили, що в кожному кубічному мегапарсеку космосу (де мегапарсек — один мільйон парсеків, або 3,26 мільйона світлових років) наш всесвіт містить близько 50 мільйонів чорних дір з масою сонця. Якщо кожна чорна діра в кілька разів більше маси сонця, це означає близько 10 мільйонів окремих чорних дір в тому ж обсязі.

Щоб представити це в перспективі, загальна кількість маси, що міститься в чорних дір, становить близько 10% маси, що міститься в зірках. Отже, серед усіх зірок, які ви бачите на нічному небі, між ними ховається безліч чорних дір.

З іншого боку, надмасивні чорні діри вкрай рідкісні, і в кожній галактиці зазвичай мешкає тільки один з цих монстрів.

В цілому, чорні діри складають близько 1% всієї баріонної (не темної матерії) матерії в космосі сьогодні. Безумовно, велика частина баріонної матерії знаходиться в пухких туманностях. А це означає, що чорні діри лякаюче поширені.

Нагадаємо, раніше повідомлялося, що .