Як відомо, чорні діри дуже важко виявити, оскільки вони такі ж чорні, як і оточуючий їх простір. Ми можемо точно визначити місцезнаходження чорних дір лише в особливих обставинах, наприклад, коли вони витягують газ із сусідньої зірки або зливаються разом, випускаючи потік гравітаційних хвиль. Отже, скільки там чорних дір? Щоб відповісти на це питання, астрономи повинні звернутися до теоретичних розрахунків, щоб зробити оцінки.
Інгредієнти чорної діри
Щоб створити чорну діру, вам потрібно створити зірки, тому що чорні діри виникають внаслідок смерті зірок. Тому, щоб з’ясувати, скільки чорних дір у Всесвіті, дослідникам довелося зробити кілька кроків назад.
Перший крок – це моделювання еволюції галактик протягом мільярдів років космічної історії. Галактики – це будинки для зірок, зрештою, і їхня загальна еволюція впливає на те, скільки зірок кожного типу з’являється всередині них. Наприклад, деякі галактики можуть стабільно утворювати нові зірки рік у рік. В інших можуть відбуватися злиття, які викликають неймовірно інтенсивне зіркоутворення, але потім вони згоряють і більше не роблять нічого примітного.
Астрономи провели спостереження за статистикою галактик протягом усього космічного часу, відзначивши загальну тенденцію швидкості злиття галактик та демографічних показників. Іншим ключовим фактором є так звана «металічність» галактики, яка є мірою кількості інших елементів, крім водню і гелію, всередині галактики (астрономи називають їх «металами»). У великих галактиках більше газу, що дозволяє їм утворювати більше зірок. Але більше металів може поліпшити охолодження газу, що, своєю чергою, допомагає галактикам ефективно народжувати нові зірки.
Рецепт чорної діри
За допомогою цих будівельних блоків астрономи отримали модель зоряного населення в галактиках, що розповідає їм, скільки маленьких, середніх та великих зірок з’являється у Всесвіті. А потім їм потрібно було простежити еволюцію – і, найголовніше, смерть – цих зірок. Для цього вони звернулися до моделювання, яке пов’язує властивості конкретної зірки (її масу та металевість) з її часом життя та можливою загибеллю. Лише невелика частина найбільших зірок породжує чорні діри, і це моделювання повідомляє астрономам, який відсоток зірок у галактиці гасне щороку.
Потім астрономам довелося простежити еволюцію подвійних систем, оскільки чорні дірки можуть живитися від зірок-братів, поповнюючись їх газом. Таким чином, чорна діра, утворена в подвійній системі, зрештою виявиться більше, ніж чорна діра, народжена поодинці.
У міру того, як чорні діри старіють, вони продовжують живитися будь-яким навколишнім газом, що також оцінили астрономи. Нарешті, іноді чорні діри знаходять одна одну у темряві міжзоряного простору та зливаються разом. Таким чином, щоб зробити точний огляд, астрономи мали оцінити швидкість злиття чорних дір у кожній галактиці.
Великий перепис чорних дір
Зібравши все разом, астрономи змогли відстежити популяцію чорних дір упродовж мільярдів років. Вони зробили так звану «функцію маси», яка є своєрідним астрономічним переписом, що повідомляє, скільки чорних дір кожного розміру існує в будь-який момент часу.
Не дивно, що найбільші чорні діри, які називаються надмасивними чорними дірами, зустрічаються набагато рідше, ніж їхні менші побратими. Дослідники виявили, що в кожному кубічному мегапарсеку космосу (де мегапарсек – 1 млн парсеків, або 3,26 млн світлових років) наш Всесвіт містить близько 50 млн чорних дір з масою Сонця. Якщо кожна чорна діра в кілька разів більша за масу Сонця, це означає близько 10 млн окремих чорних дір у тому ж обсязі.
Щоб уявити це у перспективі, загальна кількість маси, що міститься в чорних дірах, становить близько 10% маси, що міститься у зірках. Отже, серед усіх зірок, які ви бачите на нічному небі, ховається безліч чорних дір. З іншого боку, надмасивні чорні діри вкрай рідкісні, і в кожній галактиці зазвичай мешкає лише один із цих монстрів. Загалом чорні діри становлять близько 1% усієї баріонної (не темної) матерії в космосі сьогодні.
Читайте також:
- У зоряному скупченні за межами нашої галактики виявлено чорну діру
- Фізики випадково зробили нове відкриття про чорні діри