Πόσες μαύρες τρύπες υπάρχουν στο σύμπαν;

Η απογραφή των μαύρων τρυπών

Είναι γεγονός πως οι μαύρες τρύπες είναι δύσκολο να εντοπιστούν, αφού είναι τόσο μαύρες όσο και ο χώρος που τις περιβάλλει. Μπορούμε να τις εντοπίσουμε μόνο σε ειδικές περιπτώσεις, όπως όταν γύρω τους περιφέρεται κάποιο άστρο, ή όταν ‘ρουφάνε’ την ύλη ενός γειτονικού άστρου ή όταν συγχωνεύονται μεταξύ τους προκαλώντας ισχυρά βαρυτικά κύματα. Πόσες μαύρες τρύπες περιέχονται στο σύμπαν; Για να απαντήσουν την ερώτηση οι αστρονόμοι πρέπει να κάνουν θεωρητικούς υπολογισμούς. Σε μια πρόσφατη μελέτη, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι θα μπορούσαν να υπάρχουν εκατομμύρια μικρές μαύρες τρύπες που δεν έχουν ακόμη εντοπιστεί στην κοσμική γειτονιά μας. Αυτό σημαίνει ότι περίπου το 1% της ύλης στο σύμπαν είναι από μαύρες τρύπες. Για να δημιουργηθούν οι μαύρες τρύπες πρέπει πρώτα να σχηματιστούν άστρα, αφού οι μαύρες τρύπες προκύπτουν από τον θάνατο των αστεριών. Για να υπολογίσουν πόσες μαύρες τρύπες υπάρχουν στο σύμπαν, οι ερευνητές που δημοσίευσαν το άρθρο με τίτλο ‘The Black Hole Mass Function Across Cosmic Times I. Stellar Black Holes and Light Seed Distribution‘ έπρεπε να εξετάσουν την κοσμική ιστορία από την αρχή. Το πρώτο βήμα ήταν η μοντελοποίηση της εξέλιξης των γαλαξιών κατά την διάρκεια των προηγούμενων δισεκατομμυρίων ετών. Οι γαλαξίες είναι τα ‘σπίτια’ των άστρων και η συνολική τους εξέλιξη παίζει ρόλο στην ποσότητα και το είδος των άστρων που προκύπτουν στο εσωτερικό τους. Για παράδειγμα, ορισμένοι γαλαξίες μπορούν να σχηματίζουν σταθερά νέα άστρα καθώς κυλάει ο κοσμικός χρόνος. Άλλοι γαλαξίες μπορεί να υφίστανται γεγονότα συγχώνευσης τα οποία πυροδοτούν την έναρξη σχηματισμού ενός απίστευτα μεγάλου αριθμού άστρων, άπαξ. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τα γνωστά στατιστικά των γαλαξιών, όσον αφορά την εξέλιξή τους, τις συγχωνεύσεις τους ή την «μεταλλικότητά» τους. Η «μεταλλικότητα» ενός γαλαξία, αποτελεί το μέτρο της περιεκτικότητας ελαφρών στοιχείων, εκτός υδρογόνου και ηλίου, τα οποία οι αστρονόμοι ονομάζουν «μέταλλα». Οι μεγαλύτεροι γαλαξίες διαθέτουν περισσότερο αέριο, κι αυτό τους επιτρέπει να σχηματίσουν περισσότερα άστρα, ενώ η μεταλλικότητα επηρεάζει την ικανότητά τους να παράγουν αποτελεσματικά νέα άστρα.

Στο περιοδικό σύστημα στοιχείων των αστρονόμων, εκτός από το υδρογόνο και το ήλιο – τα υπόλοιπα στοιχεία θεωρούνται μέταλλα! Αφού κατασκεύασαν ένα μοντέλο του αστρικού πληθυσμού στο εσωτερικό των γαλαξιών, στη συνέχεια εκτίμησαν τον αριθμό των μικρών, των μεσαίων και μεγάλων άστρων που εμφανίζονται στο σύμπαν. Έπρεπε επίσης να εκτιμήσουν την εξέλιξη – και το πιο σημαντικό τους θανάτους – αυτών των άστρων. Χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις, οι οποίες συνδέουν τις ιδιότητες ενός συγκεκριμένου άστρου (μάζα και μεταλλικότητα) με την διάρκεια της ζωής τους και την τελική τους κατάρρευση. Μόνο ένα κλάσμα από τα πολύ μεγαλύτερα άστρα παράγει μαύρες τρύπες, και αυτές οι προσομοιώσεις δείχνουν στους αστρονόμους ποιο είναι το ποσοστό των άστρων ενός γαλαξία που σβήνουν κάθε χρόνο. Επιπλέον, έλαβαν υπόψη την ύλη που απορροφούν οι μαύρες τρύπες από το περιβάλλον τους, την εξέλιξη των δυαδικών συστημάτων που συγχωνεύονται προς μια μεγαλύτερη μαύρη τρύπα ή την τυχαία συγχώνευση μαύρων τρυπών. Έτσι, κατάφεραν να προσομοιώσουν την εξέλιξη του πληθυσμού των μαύρων τρυπών κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών, κατασκευάζοντας αυτό που ονομάζεται «συνάρτηση μάζας» – ένα είδος αστρονομικής απογραφής, που υπολογίζει το πλήθος κάθε μεγέθους μαύρης τρύπας που υπάρχει ανά πάσα στιγμή. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι σε κάθε κυβικό megaparsec του σύμπαντός μας (1 megaparsec=106 parsec=3,26 εκατομμύρια έτη φωτός), φιλοξενούνται μαύρες τρύπες με συνολική μάζα 50 εκατομμύρια ηλιακές μάζες. Αν αυθαίρετα υποθέσουμε ότι η κάθε μαύρη τρύπα έχει μάζα μερικές φορές την μάζα του ήλιου, αυτό σημαίνει ότι σε κάθε κυβικό megaparsec περιέχονται περίπου 10 εκατομμύρια μεμονωμένες μαύρες τρύπες. Με άλλα λόγια, η συνολική ποσότητα μάζας που περιέχουν οι μαύρες τρύπες είναι περίπου το 10% της μάζας που περιέχεται στα άστρα. Έτσι, ανάμεσα στα άστρα που βλέπετε στον νυχτερινό ουρανό, κρύβονται πολλές μαύρες τρύπες. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι οι μεγαλύτερες μαύρες τρύπες, που ονομάζονται υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, είναι πολύ πιο σπάνιες από τα μικρότερα ξαδέρφια τους, με κάθε γαλαξία να φιλοξενεί συνήθως μόνο μία από αυτές. Συνολικά, οι μαύρες τρύπες αντιπροσωπεύουν σήμερα περίπου το 1% του συνόλου της βαρυονικής ύλης (όχι της σκοτεινής) στο σύμπαν. Αν λάβουμε υπόψιν ότι το μεγαλύτερο μέρος της βαρυονικής ύλης βρίσκεται στα αραιά νεφελώματα, τότε συνειδητοποιούμε (με ‘τρόμο’) ότι οι μαύρες τρύπες είναι από τα πιο κοινά αστρονομικά αντικείμενα σύμπαντος. πηγή: https://www.space.com/how-many-black-holes-universe