Kolik hvězdných černých děr je ve vesmíru?

Díky novému výpočetnímu postupu byli výzkumníci SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) schopni provést fascinující výpočet. Navíc podle jejich práce je kolem 1 % celkové obyčejné (baryonické) hmoty uzavřeno v černých dírách s hvězdnou hmotností.

Kolik černých děr je ve vesmíru? Toto je jedna z nejdůležitějších a nejnaléhavějších otázek v moderní astrofyzice a kosmologii. Touto zajímavou otázkou se nedávno zabýval Ph.D. student Alex Sicilia (SISSA), profesor Andrea Lapi a Lumen Boco spolu s dalšími spolupracovníky ze SISSA a dalších národních a mezinárodních institucí. V prvním článku ze série právě publikovaných v Astrophysical Journal autoři zkoumali demografii hvězdných hmotných černých děr, což jsou černé díry s hmotností od několika jednotek do několika stovek hmotností Slunce, které vznikly na konci života masivních hvězd.

„Inovativní charakter této práce spočívá ve spojení podrobného modelu hvězdné a binární evoluce s pokročilými teoriemi pro tvorbu hvězd a obohacování kovy v jednotlivých galaxiích. Toto je jeden z prvních a jeden z nejpodrobnějších výpočtů funkce hmoty hvězdné černé díry v celé vesmírné historii,“ řekl Alex Sicilia, hlavní autor studie.

Podle nového výzkumu je pozoruhodné množství kolem 1 % celkové běžné (baryonické) hmoty vesmíru uzavřeno v černých dírách s hvězdnou hmotností. Vědci překvapivě zjistili, že počet černých děr v pozorovatelném vesmíru (koule o průměru kolem 90 miliard světelných let) dosahuje v současnosti počtu asi 40 trilionů (tj. 40 000 000 000 000 000 000).

Nová metoda pro výpočet počtu černých děr

Jak vysvětlují autoři výzkumu: „Tohoto důležitého výsledku bylo dosaženo díky originálnímu přístupu, který kombinuje nejmodernější hvězdný a binární evoluční kód SEVN vyvinutý výzkumníkem SISSA Mario Sperou s empirickými předpisy pro relevantní fyzikální vlastnosti galaxií, zejména rychlost tvorby hvězd, množství hvězdné hmoty a metalicitu mezihvězdného prostředí (což jsou všechno důležité prvky pro definování počtu a hmotnosti hvězdných černých děr). Využitím těchto klíčových složek v soběstačném přístupu, díky novému výpočetnímu postupu, výzkumníci odvodili počet hvězdných černých děr a jejich hromadné rozložení v celé historii vesmíru.“

Alex Sicilia, hlavní autor studie, to komentuje slovy: „Inovativní charakter této práce je ve spojení podrobného modelu hvězdné a binární evoluce s pokročilými teoriemi pro tvorbu hvězd a obohacování kovy v jednotlivých galaxiích. Toto je jeden z prvních a jeden z nejdetailnějších výpočtů funkce hmoty hvězdné černé díry v celé vesmírné historii.“

Jaký je původ nejhmotnějších hvězdných černých děr?

Odhad počtu černých děr v pozorovatelném vesmíru není jediným problémem, kterým se vědci v tomto výzkumu zabývali. Ve spolupráci s Ugo Di Carlo a profesorem Michelem Mapelli z University of Padova také prozkoumali různé formovací kanály pro černé díry různých hmotností, jako jsou izolované hvězdy, binární systémy a hvězdokupy. Podle jejich práce pocházejí nejhmotnější hvězdné černé díry hlavně z dynamických událostí ve hvězdokupách. Konkrétně výzkumníci prokázali, že takové události jsou nutné k vysvětlení hromadné funkce splývajících černých děr, jak bylo odhadnuto z pozorování gravitačních vln ve spolupráci LIGO/Virgo.

Spoluautor článku Lumen Boco poznamenává: „Naše práce poskytuje detailní teorii pro generování lehkých zárodků pro (super)masivní černé díry s vysokým rudým posuvem a může představovat výchozí bod pro zkoumání jejich původu.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/how-many-black-holes-are-in-the-universe-40000000000000000000/

autor: František Martinek