Zoals je weet, zijn zwarte gaten erg moeilijk te detecteren omdat ze zo zwart zijn als de ruimte om hen heen. We kunnen de locatie van zwarte gaten alleen in speciale omstandigheden lokaliseren, zoals wanneer ze gas uit een nabije ster stoten of samensmelten en een stroom zwaartekrachtgolven vrijgeven. Dus hoeveel zwarte gaten zijn er? Om deze vraag te beantwoorden, moeten astronomen zich wenden tot theoretische berekeningen om schattingen te maken.
Ingrediënten van een zwart gat
Om een zwart gat te creëren, moet je sterren maken, omdat zwarte gaten ontstaan door de dood van sterren. Daarom moesten onderzoekers een paar stappen terug doen om erachter te komen hoeveel zwarte gaten er in het universum zijn.
De eerste stap is het modelleren van de evolutie van sterrenstelsels over miljarden jaren van kosmische geschiedenis. Sterrenstelsels zijn tenslotte huizen voor sterren, en hun algemene evolutie is van invloed op het aantal sterren van elk type dat erin verschijnt. Sommige sterrenstelsels kunnen bijvoorbeeld jaar na jaar consequent nieuwe sterren vormen. Anderen kunnen samensmeltingen ervaren die ongelooflijk intense stervorming veroorzaken, maar dan opbranden en niets noemenswaardigs doen.
Astronomen hebben de statistieken van sterrenstelsels gedurende de hele kosmische tijd waargenomen, waarbij ze een algemene trend opmerken in de snelheid van het samensmelten van sterrenstelsels en demografie. Een andere belangrijke factor is de zogenaamde "metalliciteit" van een melkwegstelsel, wat een maat is voor de hoeveelheid andere elementen dan waterstof en helium in het melkwegstelsel (astronomen noemen ze "metalen"). Grotere sterrenstelsels hebben meer gas, waardoor ze meer sterren kunnen vormen. Maar meer metalen kunnen de gaskoeling verbeteren, wat op zijn beurt sterrenstelsels helpt om efficiënter nieuwe sterren te produceren.
Zwart gat recept
Met behulp van deze bouwstenen hebben astronomen een model van de stellaire populatie in sterrenstelsels dat hen vertelt hoeveel kleine, middelgrote en grote sterren er in het universum verschijnen. En dan moesten ze de evolutie – en vooral de dood – van deze sterren traceren. Om dit te doen, wendden ze zich tot modellering, die de eigenschappen van een specifieke ster (zijn massa en metalliciteit) relateert aan zijn levensduur en mogelijke dood. Slechts een fractie van de grootste sterren geeft geboorte aan zwarte gaten, en deze simulatie vertelt astronomen welk percentage sterren in de melkweg elk jaar wordt uitgedoofd.
Astronomen moesten vervolgens de evolutie van binaire systemen volgen, aangezien zwarte gaten zich kunnen voeden met hun zustersterren en ze kunnen aanvullen met gas. Zo zal een zwart gat gevormd in een binair systeem uiteindelijk groter blijken te zijn dan een alleen geboren zwart gat.
Naarmate zwarte gaten ouder worden, blijven ze zich voeden met omringend gas, wat astronomen ook op prijs stelden. Ten slotte vinden zwarte gaten elkaar soms in de duisternis van de interstellaire ruimte en versmelten ze met elkaar. Om een nauwkeurig onderzoek te kunnen doen, moesten astronomen dus de snelheid van het samensmelten van zwarte gaten in elk sterrenstelsel schatten.
Een grote telling van zwarte gaten
Alles bij elkaar waren astronomen in staat om de populatie zwarte gaten over miljarden jaren te volgen. Ze maakten een zogenaamde "massafunctie", een soort astronomische telling van het aantal zwarte gaten van elke grootte op een bepaald moment.
Het is niet verrassend dat de grootste zwarte gaten, superzware zwarte gaten genaamd, veel zeldzamer zijn dan hun kleinere tegenhangers. Onderzoekers hebben ontdekt dat in elke kubieke megaparsec van de ruimte (waar een megaparsec 1 miljoen parsec is, of 3,26 miljoen lichtjaar), ons universum ongeveer 50 miljoen zwarte gaten bevat met de massa van de zon. Als elk zwart gat meerdere malen de massa van de zon heeft, betekent dit ongeveer 10 miljoen individuele zwarte gaten in hetzelfde volume.
Om dit in perspectief te plaatsen: de totale hoeveelheid massa in zwarte gaten is ongeveer 10% van de massa in sterren. Dus tussen alle sterren die je aan de nachtelijke hemel ziet, zijn er veel zwarte gaten die zich verbergen. Superzware zwarte gaten zijn daarentegen uiterst zeldzaam en elk sterrenstelsel herbergt meestal slechts één van deze monsters. In totaal vormen zwarte gaten tegenwoordig ongeveer 1% van alle baryonische (niet-donkere) materie in het universum.
Lees ook:
- Er is een zwart gat ontdekt in een sterrenhoop buiten ons melkwegstelsel
- Natuurkundigen deden per ongeluk een nieuwe ontdekking over zwarte gaten