Сколько чёрных дыр во Вселенной?

Черная дыра
Огромное количество потенциально пригодных для жизни планет теоретически может существовать на стабильных орбитах вокруг сверхмассивных чёрных дыр. Авторы и права: Paramount Pictures.

Пол М. Саттер – астрофизик и ведущий программ “Спроси космонавта” и “Космическое радио”, а также автор книги “Как умереть в космосе”. Саттер опубликовал эту статью для журнала Expert Voices: Op-Ed & Insights.

Как известно, чёрные дыры трудно обнаружить, поскольку они такие же чёрные, как и окружающее их пространство. Мы можем точно определить их местонахождение только при особых обстоятельствах, например, когда они вытягивают газ из соседней звезды или сливаются вместе, испуская поток гравитационных волн.

Итак, сколько там чёрных дыр? Чтобы ответить на этот вопрос, астрономы должны обратиться к теоретическим расчётам. В недавнем исследовании учёные определили, что в нашем космическом районе потенциально есть миллионы ещё не обнаруженных маленьких чёрных дыр. Это означает, что около 1% всей материи во Вселенной заключено внутри чёрных дыр.

Ингредиенты для создания чёрной дыры

Чтобы создать чёрную дыру, вам нужно создать звёзды, потому что чёрные дыры возникают в результате смерти звёзд. Поэтому, чтобы выяснить, сколько чёрных дыр во Вселенной, исследователям, стоящим за работой, которая недавно появилась на сайте arXivOrg и была принята к публикации в The Astrophysical Journal, пришлось сделать несколько шагов назад.

Первый шаг – смоделировать эволюцию галактик на протяжении миллиардов лет космической истории. В конце концов, галактики – это звёздные дома, и их общая эволюция влияет на то, сколько звёзд каждого типа появляется внутри них. Например, некоторые галактики могут стабильно образовывать новые звёзды год за годом. Другие могут пострадать от событий слияния, которые запускают этап невероятно высокого звездообразования, только для того, чтобы они сгорели и больше не производили ничего примечательного.

Слияние галактик
Эта иллюстрация показывает одну из первых стадий слияния нашей галактики Млечный Путь и соседней галактикой Андромеды. Авторы и права: NASA; ESA; Z. Levay and R. van der Marel, STScI; T. Hallas; and A. Mellinger.

Астрономы проанализировали общую тенденцию темпов слияния галактик и рождения звёзд. Другой ключевой фактор – это так называемая “металличность” галактики, которая является мерой количества элементов, отличных от водорода и гелия, внутри галактики (астрономы называют их “металлами”). В более крупных галактиках будет больше газа, что позволит им образовывать больше звёзд. Но большее количество металлов может усилить охлаждение газа, что, в свою очередь, помогает галактикам эффективно производить новые звёзды.

Рецепты приготовления чёрных дыр

Используя имеющиеся данные астрономы создали модель звёздного населения внутри галактик, рассказывающую им о том сколько маленьких, средних и больших звёзд появляется во Вселенной за единицу времени.

А затем им нужно было проследить эволюцию – и, самое главное, смерть – этих звёзд. Для этого они обратились к моделированию, которое связывает свойства конкретной звезды (её массу и металличность) с её временем жизни и возможной гибелью. Лишь небольшая часть самых крупных звёзд порождает чёрные дыры, и это моделирование сообщает астрономам, какой процент звёзд в галактике гаснет каждый год.

Размер нашей Солнечной Системы по сравнению с двумя самыми большими чёрными дырами.

Затем астрономам пришлось проследить эволюцию двойных систем , поскольку чёрные дыры могут питаться от звёзд-братьев, пополняясь при этом их газом. Таким образом, чёрная дыра, образованная в двойной системе, в конечном итоге окажется больше, чем чёрная дыра, рождённая в одиночку.

По мере того как чёрные дыры стареют, они продолжают питаться любым окружающим газом, что также оценили астрономы. Наконец, исследователи учли, что иногда чёрные дыры находят друг друга в темноте межзвёздного пространства и сливаются вместе. Таким образом, чтобы произвести точный обзор, астрономы должны были оценить скорость слияния чёрных дыр в каждой галактике.

Великая перепись чёрных дыр

Собрав всё вместе, астрономы смогли отследить популяцию чёрных дыр на протяжении миллиардов лет. Они использовали так называемую “функцию массы”, которая представляет собой своего рода астрономическую перепись, сообщающую, сколько чёрных дыр определённого размера существует в любой момент времени.

Неудивительно, что самые большие чёрные дыры, называемые сверхмассивными чёрными дырами, встречаются гораздо реже, чем их меньшие собратья. Исследователи обнаружили, что в каждом кубическом мегапарсеке космоса (где мегапарсек – один миллион парсеков, или 3,26 миллиона световых лет) наша Вселенная содержит около 50 миллионов чёрных дыр с массой Солнца. Если каждая чёрная дыра в несколько раз массивнее Солнца, то это означает около 10 миллионов отдельных чёрных дыр в том же объёме.

Чтобы представить это в перспективе, общее количество массы, содержащейся в чёрных дырах, составляет около 10% массы, содержащейся в звёздах. Итак, среди всех звёзд, которые вы видите на ночном небе, между ними скрывается множество чёрных дыр.

С другой стороны, сверхмассивные чёрные дыры крайне редки, и в каждой галактике обычно обитает только один из этих монстров.

В целом чёрные дыры составляют около 1% всей барионной материи в космосе сегодня. Безусловно, большая часть барионной материи находится в туманностях.

Таким образом, оказывается, что чёрные дыры пугающе распространены в нашей Вселенной.

Инфографика: чёрные дыры.
Присоединяйся

Вы могли пропустить:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.