Ile czarnych dziur jest we wszechświecie? 40 000 000 000 000 000 000

Korzystając z nowego podejścia obliczeniowego, badacze SISSA byli w stanie wykonać niezwykłe obliczenia. Co więcej, zgodnie z ich pracą, około 1% zwykłej (barionowej) materii jest uwięzione w czarnych dziurach o masie gwiazdowej.

Ile czarnych dziur jest we wszechświecie? To jedno z najistotniejszych i najbardziej palących pytań w astrofizyce i współczesnej kosmologii. Ta intrygująca kwestia została ostatnio podjęta przez dr SISSA. Student Alex Sicilia, pod kierunkiem prof. Andrei Labbe i dr Lumen Boco, wraz z innymi współpracownikami z SISSA oraz z innych instytucji krajowych i międzynarodowych. W pierwszym artykule z serii, który właśnie ukazał się w Czasopismo Astrofizyczne, Autorzy zbadali demografię czarnych dziur o masach gwiazdowych, czyli czarnych dziur o masach od kilku do setek mas Słońca, które powstały pod koniec życia masywnych gwiazd.

Nowatorski charakter tej pracy polega na połączeniu szczegółowego modelu ewolucji gwiazdowej i podwójnej z zaawansowanymi recepturami formowania się gwiazd i wzbogacania minerałów w poszczególnych galaktykach. To jedno z pierwszych i najpotężniejszych kont ab dla gwiazdy Czarna dziura Funkcja masy w historii kosmicznej. -” Alex Cecilia, pierwszy autor opracowania

Według nowych badań znaczna ilość około 1% normalnej (barionowej) materii we wszechświecie jest uwięziona w czarnych dziurach o masie gwiazdowej. Co zaskakujące, naukowcy odkryli, że liczba czarnych dziur wewnątrz obserwowalnego Wszechświata (kula o średnicy około 90 miliardów lat świetlnych) wynosi obecnie około 40 miliardów (czyli około 40 x 10).¹⁸, tj. 4, po których następuje 19 zer!)

Nowa metoda liczenia czarnych dziur

Jak wyjaśniają autorzy badań: „Ten ważny wynik uzyskano dzięki oryginalnemu podejściu, które łączy najnowsze kody ewolucji gwiazd i układ binarny SEVN opracowany przez badacza SISSA, dr. Mario Spirę, z eksperymentalnymi zaleceniami fizyki dotyczącymi właściwości galaktyk, w szczególności tempo formowania się gwiazd, masa gwiezdnej i metaliczność ośrodka Międzygwiazdowe (wszystkie z nich są ważnymi składnikami do określania liczby i masy gwiezdnych czarnych dziur). Dzięki nowemu podejściu obliczeniowemu naukowcy następnie wydedukowali liczbę i rozkład masy gwiezdnych czarnych dziur w całej historii Wszechświata.Komentarze Alex Cecilia, pierwszy autor badania, powiedział: „Innowacyjny charakter tej pracy polega na połączenie szczegółowego modelu ewolucji gwiazdowej i podwójnej z zaawansowanymi recepturami formowania się gwiazd i wzbogacania minerałów w poszczególnych galaktykach. Jest to jedno z pierwszych i najpotężniejszych obliczeń funkcji masy gwiezdnej czarnej dziury w historii kosmosu. „

Jakie jest pochodzenie większości masywnych gwiezdnych czarnych dziur?

Szacowanie liczby czarnych dziur w obserwowalnym wszechświecie nie jest jedyną kwestią, którą naukowcy badali w ramach tych badań. We współpracy z dr Ugo Di Carlo i profesor Michela Mapelli z Uniwersytetu w Padwie zbadali również różne kanały powstawania czarnych dziur o różnych masach, takie jak pojedyncze gwiazdy, układy podwójne i gromady gwiazd. Zgodnie z ich pracą, najbardziej masywne gwiezdne czarne dziury powstają głównie w wyniku dynamicznych wydarzeń w gromadach gwiazd. W szczególności naukowcy wykazali, że takie zdarzenia są wymagane do wyjaśnienia funkcji masy koalescencji czarnych dziur, jak oszacowano na podstawie obserwacji fal grawitacyjnych przez klocki Lego/ Współpraca Panny.

Lumen Boco, współautor artykułu, komentuje: „Nasza praca dostarcza solidnej teorii generowania lekkich nasion dla supermasywnych (super) czarnych dziur przy wysokim przesunięciu ku czerwieni i może służyć jako punkt wyjścia do badania pochodzenia” nasiona”, o czym będziemy mówić w kolejnym artykule.

Interdyscyplinarne prace zrealizowane w ramach projektu „BiD4BESt – Zastosowanie Big Data do Badań nad Ewolucją Czarnej Dziury”

Profesor Andrea Lappé, promotor Cecilii i koordynator pracy doktorskiej. W Astrophysics and Cosmology w SISSA dodaje: „Badania te są naprawdę interdyscyplinarne, obejmują aspekty astrofizyki gwiazd, tworzenie i ewolucję galaktyk, fale grawitacyjne i astrofizykę wielokomunikatową, i wymagają wiedzy specjalistycznej; różnych członków Grupy Astrofizyki i Kosmologii SISSA oraz silną sieć współpracowników zewnętrznych”.

Praca Alexa Sicilii odbywa się w kontekście prestiżowego projektu Innovative Training Network „BiD4BESt – Application of Big Data for Studies of Black Hole Evolution”, którego współautorem jest profesor Andrea Lappi z SISSA (H2020-MSCAITN-2019 Project 860744), który został finansowane przez Unię Europejską w sumie około 3,5 mln euro; Obejmuje wielu partnerów akademickich i przemysłowych, którzy oferują doktoraty. Szkolenie 13 początkujących badaczy w zakresie powstawania i ewolucji czarnych dziur poprzez wykorzystanie zaawansowanych technik analizy danych.

Odniesienie: „Funkcja masy czarnej dziury w czasie kosmicznym. I. Gwiezdne czarne dziury i dystrybucja jasnych nasion” Alex Cecilia, Andrea Lappé, Lumen Pocco, Mario Spra, Ugo in de Carlo, Michela Mapelli, Francesco Shancar, David M. Alexander, Alessandro Bressan i Luigi Danes, 12 stycznia 2022 roku, Czasopismo Astrofizyczne.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac34fb