Kosmos: około 40 000 000 000 000 000 000 czarnych dziur stanowi 1% obserwowalnego wszechświata

Obserwowalny wszechświat zawiera 40 000 000 000 000 000 000 czarnych dziur o masach gwiazdowych — to 40 trylionów lub 40 miliardów miliardów, oszacowano w badaniu.

Czarne dziury o masie gwiazdowej to te, które powstają pod koniec życia gigantycznych gwiazd i mają masę od kilku do kilkuset mas Słońca.

Eksperci z Międzynarodowej Szkoły Studiów Zaawansowanych (SISSA) zastosowali nowe podejście obliczeniowe, aby oszacować, ile z tych dziur powinno się utworzyć.

Co więcej, powiedzieli, te czarne dziury stanowią 1 procent całej zwykłej, czyli „barionowej” materii w obserwowalnym wszechświecie, który ma 93 miliardy lat świetlnych średnicy.

Zespół stwierdził, że odkrycia torują drogę do lepszego zrozumienia, w jaki sposób czarne dziury o masach gwiazdowych i pośrednich mogą ewoluować w supermasywne czarne dziury.

Obserwowalny wszechświat zawiera 40 000 000 000 000 000 000 czarnych dziur o masach gwiazdowych — to 40 trylionów lub 40 miliardów miliardów, oszacowano w badaniu. Na zdjęciu: symulowany widok czarnej dziury przed Wielkim Obłokiem Magellana

READ  Dieta śródziemnomorska wiąże się z niższym ryzykiem demencji i została szeroko omówiona

Obliczenia wykonał astrofizyk teoretyczny Alex Sicilia z włoskiego SISSA w Trieście i jego współpracownicy.

„Innowacyjny charakter tych prac polega na połączeniu szczegółowego modelu ewolucji gwiazdowej i podwójnej z zaawansowanymi recepturami formowania się gwiazd i wzbogacania metali w poszczególnych galaktykach” – wyjaśnia Sicilia.

„Jest to jeden z pierwszych i jeden z najsolidniejszych „ab initio” [from first principles] obliczenia funkcji masy gwiezdnej czarnej dziury w historii kosmosu”.

Aby obliczyć oszacowanie liczby czarnych dziur w obserwowalnym wszechświecie, zespół połączył modele ewolucji pojedynczych i podwójnych par gwiazd – a tym samym ile zamienia się w czarne dziury – z danymi na temat innych istotnych właściwości galaktycznych.

Ta ostatnia zawierała informacje o szybkości formowania się gwiazd, masach gwiazd i metaliczności ośrodka międzygwiazdowego — wszystko to wpływa na powstawanie czarnych dziur o masach gwiazdowych. Uwzględnili również rolę łączenia czarnych dziur.

Na tej podstawie zespół był również w stanie obliczyć rozkład masy tych czarnych dziur w całej historii obserwowalnego wszechświata.

Oprócz oszacowania całkowitej liczby czarnych dziur o masach gwiazdowych w obserwowalnym wszechświecie, naukowcy zbadali również różne drogi powstawania czarnych dziur o różnych masach.

Obejmowało to przyjrzenie się potencjalnemu pochodzeniu w izolowanych gwiazdach, układach podwójnych gwiazd i bardziej zaludnionych gromadach gwiazd.

Zespół odkrył, że największe czarne dziury o masie gwiazdowej zwykle powstają w wyniku zderzenia mniejszych czarnych dziur w gromadach gwiazd — pojęcie, które dobrze pasuje do zebranych do tej pory danych obserwacyjnych dotyczących fal grawitacyjnych dotyczących zderzeń czarnych dziur.

„Nasza praca dostarcza solidnej teorii generowania światła” [stellar-mass] nasiona (super)masywnych czarnych dziur przy dużym przesunięciu ku czerwieni” – powiedział autor artykułu i astrofizyk Lumen Boco, również z SISSA.

Takie, dodał, „może stanowić punkt wyjścia do zbadania pochodzenia „ciężkich nasion” [intermediate-mass black holes], które będziemy kontynuować w kolejnym artykule”.

W rzeczywistości, po zakończeniu tego wstępnego badania, naukowcy zamierzają teraz podjąć podobne obliczenia, koncentrując się zamiast tego na czarnych dziurach o masie pośredniej, a później na ich supermasywnych odpowiednikach.

Pełne wyniki badania zostały opublikowane w: Czasopismo Astrofizyczne.