Et kort over himlen udgivet sidste år, der viser sorte huller som hvide prikker. (LOFAR/LOL-undersøgelse) For vi kan ikke se sorte huller , det er svært at vide præcis, hvor mange der er derude i det store, brede univers.
Men det betyder ikke, at vi ikke har nogen muligheder for at forsøge at finde ud af det.
Stjernemasse sorte huller er de kollapsede kerner af døde massive stjerner, og ny forskning, der inkorporerer, hvordan disse stjerner og binære stjerner dannes og udvikler sig, har været i stand til at udlede et nyt skøn over stjernemassen sort hul universets befolkning.
Tallet er ret kæbefaldende: 40 kvintillioner eller 40.000.000.000.000.000.000 sorte huller, der groft udgør 1 procent af alt det normale stof i det observerbare univers.
'Den innovative karakter af dette værk ligger i koblingen af en detaljeret model af stjernernes og binære evolution med avancerede opskrifter for stjernedannelse og metalberigelse i individuelle galakser,' forklarer astrofysiker Alex Sicilia fra International School of Advanced Studies (SISSA) i Italien.
'Dette er en af de første og en af de mest robuste, fra begyndelsen beregning[er] af stjernens sorte huls massefunktion på tværs af kosmisk historie.'
Sorte huller er et stort spørgsmålstegn, der hænger over vores forståelse af universet – eller rettere sagt en masse spørgsmålstegn. Men hvis vi har en god idé om, hvor mange sorte huller der er derude, kan det hjælpe med at besvare nogle af disse spørgsmål.
En tilgang er at estimere historien om massive stjerner i universet. Vi ville så være i stand til at beregne antallet af sorte huller, der burde være i et givet rumvolumen.
Denne viden kan give fingerpeg om væksten og udviklingen af supermassive sorte huller millioner eller milliarder af gange Solens masse, der udgør kernerne i galakser.
Sicilia og hans kolleger tog en beregningsmæssig tilgang. De inkluderede kun sorte huller, der dannes via udviklingen af enkelt- eller binære stjerner, og under hensyntagen til rollen af sorte hul-fusioner, hvis antal kan estimeres ud fra gravitationsbølge data, og som producerer sorte huller med lidt højere masse.
Dette gjorde det muligt for dem at beregne fødselsraten for sorte huller med stjernemasse mellem fem og 160 gange Solens masse over universets levetid.
Denne fødselsrate antyder, at der skulle være omkring 40 quintillioner sorte huller med stjernemasse spredt over hele det observerbare univers i dag, med de mest massive sorte huller med stjernemasse, der er produceret af binære sorte hul-sammensmeltninger i klynger af stjerner.
Holdet sammenlignede deres resultater med gravitationsbølgedataene og fandt ud af, at deres estimat af hastigheden af sorte huls fusioner var i god overensstemmelse med observationsdataene. Dette tyder på, at stjernehobe-sammenlægninger sandsynligvis er bag de sorte hul-kollisioner, vi har set.
Ved at beregne fødselsraten over tid var forskerne også i stand til at udlede et estimat for antallet af sorte huller med stjerner i det tidlige univers. Dette er af stor interesse, eftersom observationer af det fjerne univers har afsløret supermassive sorte huller på et chokerende tidligt tidspunkt efter Stort brag .
Det er uklart, hvordan disse giganter voksede så store så hurtigt. Nogle aktuelle spørgsmål vedrører massen af de sorte huls 'frø', som de voksede fra – uanset om de var sorte huller med lette stjernemasse eller 'tunge' sorte huller med mellemmasse.
Holdets forskning vil danne grundlag for at undersøge disse spørgsmål. Dette papir var det første i en serie; fremtidige papirer vil undersøge mellemstore sorte huller og supermassive sorte huller for at få et mere komplet billede af sorte huls fordeling over universet.
'Vores arbejde giver en robust teori for generering af lette frø til (super)massive sorte huller ved høj rødforskydning, og kan udgøre et udgangspunkt for at undersøge oprindelsen af 'tunge frø', som vi vil forfølge i et kommende papir,' siger astrofysiker Lumen Boco af ISSA.
Holdets forskning er blevet offentliggjort i The Astrophysical Journal .