Kā zināms, melnos caurumus ir ļoti grūti atklāt, jo tie ir tikpat melni kā telpa ap tiem. Mēs varam precīzi noteikt melno caurumu atrašanās vietu tikai īpašos apstākļos, piemēram, kad tie izspiež gāzi no tuvumā esošas zvaigznes vai saplūst kopā, atbrīvojot gravitācijas viļņu plūsmu. Tātad, cik melno caurumu ir? Lai atbildētu uz šo jautājumu, astronomiem ir jāvēršas pie teorētiskiem aprēķiniem, lai veiktu aplēses.
Melnā cauruma sastāvdaļas
Lai izveidotu melno caurumu, ir jārada zvaigznes, jo melnie caurumi rodas zvaigžņu nāves rezultātā. Tāpēc, lai noskaidrotu, cik melno caurumu ir Visumā, pētniekiem bija jāatkāpjas dažus soļus.
Pirmais solis ir modelēt galaktiku evolūciju miljardiem gadu ilgas kosmiskās vēstures garumā. Galu galā galaktikas ir zvaigžņu mājas, un to vispārējā attīstība ietekmē to, cik daudz katra veida zvaigžņu tajās parādās. Piemēram, dažas galaktikas gadu no gada var konsekventi veidot jaunas zvaigznes. Citi var piedzīvot apvienošanos, kas rada neticami intensīvu zvaigžņu veidošanos, bet pēc tam izdeg un nedara neko ievērības cienīgu.
Astronomi ir novērojuši galaktiku statistiku visā kosmiskajā laikā, atzīmējot vispārēju tendenci galaktiku apvienošanās ātrumā un demogrāfiskajos rādītājos. Vēl viens būtisks faktors ir tā sauktais galaktikas "metāliskums", kas mēra galaktikas elementu daudzumu, izņemot ūdeņradi un hēliju (astronomi tos sauc par "metāliem"). Lielākās galaktikās ir vairāk gāzes, kas ļauj tām veidot vairāk zvaigžņu. Taču vairāk metālu var uzlabot gāzes dzesēšanu, kas savukārt palīdz galaktikām efektīvāk ražot jaunas zvaigznes.
Melnā cauruma recepte
Izmantojot šos blokus, astronomiem ir galaktiku zvaigžņu populācijas modelis, kas norāda, cik mazo, vidēju un lielu zvaigžņu parādās Visumā. Un tad viņiem vajadzēja izsekot šo zvaigžņu evolūcijai – un pats galvenais – nāvei. Lai to izdarītu, viņi pievērsās modelēšanai, kas saista konkrētas zvaigznes īpašības (tās masu un metāliskumu) ar tās kalpošanas laiku un iespējamo nāvi. Tikai daļa no lielākajām zvaigznēm rada melnos caurumus, un šī simulācija astronomiem parāda, cik procentu zvaigžņu galaktikā katru gadu nodziest.
Pēc tam astronomiem bija jāizseko bināro sistēmu evolūcijai, jo melnie caurumi var barot savas māsas zvaigznes, papildinot tās ar gāzi. Tādējādi melnais caurums, kas izveidots binārā sistēmā, galu galā izrādīsies lielāks par melno caurumu, kas dzimis viens.
Melnajiem caurumiem novecojot, tie turpina baroties ar jebkuru apkārtējo gāzi, ko arī astronomi novērtēja. Visbeidzot, dažreiz melnie caurumi atrod viens otru starpzvaigžņu telpas tumsā un saplūst kopā. Tādējādi, lai veiktu precīzu aptauju, astronomiem bija jānovērtē melno caurumu saplūšanas ātrums katrā galaktikā.
Liela melno caurumu skaitīšana
Saliekot visu kopā, astronomi varēja izsekot melno caurumu populācijai miljardu gadu garumā. Viņi izveidoja tā saukto "masu funkciju", kas ir sava veida astronomiska skaitīšana par to, cik daudz melno caurumu pastāv katrā konkrētā laikā.
Nav pārsteidzoši, ka lielākie melnie caurumi, ko sauc par supermasīvajiem melnajiem caurumiem, ir daudz retāk nekā to mazākie kolēģi. Pētnieki ir atklājuši, ka katrā kosmosa kubikmegaparsekā (kur megaparseks ir 1 miljons parseku jeb 3,26 miljoni gaismas gadu) mūsu Visumā ir aptuveni 50 miljoni melno caurumu ar Saules masu. Ja katrs melnais caurums vairākas reizes pārsniedz Saules masu, tas nozīmē apmēram 10 miljonus atsevišķu melno caurumu vienā un tajā pašā tilpumā.
Lai to aplūkotu perspektīvā, kopējais melnajos caurumos esošās masas daudzums ir aptuveni 10% no masas, ko satur zvaigznes. Tātad starp visām zvaigznēm, ko redzat naksnīgajās debesīs, ir paslēpušies daudzi melni caurumi. No otras puses, supermasīvie melnie caurumi ir ārkārtīgi reti, un katrā galaktikā parasti mīt tikai viens no šiem monstriem. Kopumā melnie caurumi veido aptuveni 1% no visas barioniskās (ne-tumšās) matērijas mūsdienu Visumā.
Lasi arī:
- Zvaigžņu kopā ārpus mūsu galaktikas ir atklāts melnais caurums
- Fiziķi nejauši atklāja jaunus atklājumus par melnajiem caurumiem