В новом исследовании подсчитано количество чёрных дыр во Вселенной. И как же их много...
Чёрные дыры звёздной массы представляют собой схлопнувшиеся ядра мёртвых массивных звёзд. Новое исследование, включающее то, как эти звёзды и системы формируются и развиваются, позволило получить новую оценку количества чёрных дыр звёздной массы во Вселенной.
Число довольно ошеломляющее: 40 квинтиллионов, или 40 000 000 000 000 000 000 (1018) чёрных дыр. Это примерно 1% всей обычной материи в наблюдаемой человечеством Вселенной.
«Инновационный характер этой работы заключается в соединении подробной модели звёздной и бинарной эволюции с передовыми сценариями звёздообразования и обогащения металлами отдельных галактик, — объясняет астрофизик Алекс Сицилия из Международной школы перспективных исследований (SISSA) в Италии. — Это одно из первых и одно из самых надёжных вычислений ab initio [с самого начала] функции массы звёздной чёрной дыры за всю космическую историю».
Чёрные дыры — это огромный вопросительный знак, нависший над нашим пониманием Вселенной — вернее, множество вопросительных знаков. Но если у нас будет хорошее представление о том, сколько чёрных дыр существует, это может помочь ответить на некоторые из этих вопросов.
Один из подходов заключается в оценке истории массивных звёзд во Вселенной. Тогда мы сможем вычислить количество чёрных дыр, которые должны находиться в любом заданном объёме пространства. Это знание может дать ключ к пониманию роста и эволюции сверхмассивных чёрных дыр, масса которых в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца и которые составляют ядра галактик.
Сицилия и его коллеги использовали вычислительный подход. Они включали только чёрные дыры, которые образуются в результате эволюции одиночных или двойных звёзд, с учётом роли слияний чёрных дыр, количество которых можно оценить на основе данных гравитационных волн и которые производят чёрные дыры чуть большей массы.
Это позволило ученым рассчитать скорость рождения чёрных дыр звёздной массы от пяти до 160 масс Солнца за время жизни Вселенной. Эта скорость рождения предполагает, что сегодня наблюдаемой Вселенной должно быть примерно 40 квинтиллионов чёрных дыр звёздной массы, причём самые массивные из них образуются в результате слияния двойных чёрных дыр в скоплениях звёзд.
Команда сравнила свои результаты с данными о гравитационных волнах и обнаружила, что их оценка скорости слияния чёрных дыр хорошо согласуется с данными наблюдений. Ученые считают, что за слияниями чёрных дыр, которые мы наблюдали, вероятно, стоят слияния звёздных скоплений.
Рассчитав скорость рождения черных дыр с течением времени, исследователи также смогли получить оценку количества чёрных дыр звёздной массы в ранней Вселенной. Это представляет большой интерес, поскольку наблюдения далекой Вселенной выявили сверхмассивные чёрные дыры в поразительно раннем времени после Большого взрыва.
Непонятно, как они так быстро выросли настолько большими. Некоторые текущие вопросы касаются массы «зародышей» чёрных дыр, из которых они выросли, — были ли они лёгкими чёрными дырами звездной массы или «тяжёлыми» чёрными дырами промежуточной массы.
Их 40 000 000 000 000 000 000.