Ученые подсчитали количество черных дыр во Вселенной

Поскольку мы не можем видеть черные дыры, трудно точно сказать, сколько их в большой, широкой Вселенной. Но это не значит, что у нас нет возможности попытаться выяснить это.

Черные дыры звездной массы - это разрушившиеся ядра мертвых массивных звезд, и новые исследования, учитывающие то, как формируются и развиваются эти звезды и двойные звезды, позволили получить новую оценку популяции черных дыр звездной массы во Вселенной.

Это число просто поражает воображение: 40 квинтиллионов, или 40 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 черных дыр, что составляет примерно 1 процент от всей нормальной материи в наблюдаемой Вселенной.

"Инновационный характер этой работы заключается в соединении подробной модели звездной и бинарной эволюции с передовыми рецептами звездообразования и обогащения металлами в отдельных галактиках", - объясняет астрофизик Алекс Сицилия из Международной школы передовых исследований (SISSA) в Италии.

"Это один из первых и один из самых надежных расчетов ab initio функции массы звездных черных дыр в космической истории".

Черные дыры - это огромный знак вопроса, нависший над нашим пониманием Вселенной, вернее, множество знаков вопроса. Но если мы будем иметь представление о том, сколько черных дыр существует, это поможет ответить на некоторые из этих вопросов.

Один из подходов заключается в оценке истории массивных звезд во Вселенной. Тогда мы сможем рассчитать количество черных дыр, которые должны находиться в любом данном объеме пространства.

Эти знания могут дать подсказки о росте и эволюции сверхмассивных черных дыр, масса которых в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца, составляющих ядра галактик.

Сицилия и его коллеги использовали вычислительный подход. Они учли только те черные дыры, которые образуются в результате эволюции одиночных или бинарных звезд, и приняли во внимание роль слияний черных дыр, количество которых можно оценить на основе данных гравитационных волн, и которые порождают черные дыры немного большей массы.

Это позволило им рассчитать частоту рождения черных дыр со звездной массой от пяти до 160 раз больше массы Солнца за время существования Вселенной.

Эта скорость рождения предполагает, что сегодня в наблюдаемой Вселенной должно существовать около 40 квинтиллионов черных дыр звездной массы, причем самые массивные черные дыры звездной массы образуются в результате слияния бинарных черных дыр в звездных скоплениях.

Команда сравнила свои результаты с данными гравитационных волн и обнаружила, что их оценка скорости слияния черных дыр находится в хорошем согласии с данными наблюдений. Это позволяет предположить, что слияния звездных скоплений, скорее всего, стоят за столкновениями черных дыр, которые мы наблюдаем.

Рассчитав скорость рождения с течением времени, исследователи также смогли получить оценку количества черных дыр звездной массы в ранней Вселенной. Это представляет большой интерес, поскольку наблюдения за далекой Вселенной выявили сверхмассивные черные дыры в шокирующе раннее время после Большого взрыва.

Неясно, как эти чудовища так быстро выросли в размерах. Некоторые текущие вопросы касаются массы "семян" черных дыр, из которых они выросли - были ли это легкие черные дыры звездной массы или "тяжелые" черные дыры промежуточной массы.

Исследования команды создадут основу для изучения этих вопросов. Данная работа является первой в серии; в последующих работах будут исследованы черные дыры средней массы и сверхмассивные черные дыры для получения более полной картины распределения черных дыр во Вселенной.

Наша работа обеспечивает надежную теорию генерации легких семян для (сверх)массивных черных дыр при высоком красном смещении и может стать отправной точкой для изучения происхождения "тяжелых семян", что мы рассмотрим в предстоящей работе", - говорит астрофизик Люмен Боко из SISSA.

Исследование команды было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.