Италиански и британски учени, използвайки нов теоретичен подход, са успели да направят убедителни изчисления на количеството обикновена (барионна) материя, съдържаща се в черните дупки със звездна маса. Според новото изследване те са около 40 квинтилиона и представляват около 1% от масата на Вселената. Статия за това е публикувана в The Astrophysical Journal.
Припомняме, че обичайната материя е под 5% в цялата Вселена – останалите 95 процента принадлежат на тайнствената тъмна материя и още по-мистериозната тъмна енергия.
Въпросът за броя на черните дупки във Вселената и масата, концентрирана в тях, е един от най-актуалните въпроси на съвременната астрофизика и космология. Изследователи от Италия и Великобритания под ръководството на проф. Андреа Лапи и д-р Лумен Боко от Международното училище за напреднали изследвания в Италия, решили да приложат за изчисленията подход ab initio - "от началото", - без да прибягват до допълнителни емпирични предположения.
Авторите се съсредоточили върху преброяването на черни дупки със звездна маса, тоест черни дупки с маси, вариращи от няколко слъневи до няколкостотин слънчеви маси, появяващи се в резултат от еволюцията и изгарянето на масивни звезди.
Черната дупка в центъра на Млечния път се държи непредсказуемо
Черните дупки със звездна маса са коренно различни по произход от свръхмасивните черни дупки, открити в центровете на всички големи галактики. Между тях има и така наречените черни дупки със средна маса и въпросът дали всички свръхмасивни черни дупки са възникнали чрез сливане на черни дупки със звездна маса и дали „средните“ черни дупки могат да се считат за междинен етап от тези процеси, е спорен.
Броят на черните дупки със звездна маса в пределите на наблюдаваната Вселена - сфера с диаметър около 90 милиарда светлинни години - според новите изчисления е около 40 квинтилона, или 40 милиарда милиарда обекти.
„Този важен резултат беше получен благодарение на оригинален подход, който съчетава съвременни симулации на еволюцията на единични и двойни звезди SEVN, извършени от изследователя от Международното училище за напреднали изследвания д-р Марио Спера, с отчитане на съответните физически явления и изследване на наблюдаваните свойства на галактиките, особено скоростта на звездообразуване в тях, количеството звездна маса и металичността на междузвездната среда (всичко това е важно за изчисляване на количеството и масата на звездните черни дупки)“, обясняват авторите на изследването.
Използвайки тези важни съставки и прилагайки нови изчислителни подходи, те са получили функция на разпределението на количеството черни дупки със звездна маса през цялата история на Вселената. Под "метали" астрофизиците в работата си обикновено имат предвид всички елементи, по-тежки от водорода и хелия.
Тъмната материя може да се крие в сърцето на древни черни дупки
„Иновативният характер на тази работа се заключава в комбинацията от подробен модел на звездната еволюция с нови оценки за образуването на звезди и обогатяването на отделни галактики с метали - заключава астрофизикът Алекс Сицилия от Международното училище за напреднали изследвания,водещ автор на изследването. - Това е едно от първите и най-надеждни изчисления ab initio на масите от звездни черни дупки в историята на астрофизика."
Впрочем въпреки важността на оценката на количеството черни дупки в наблюдаваната Вселена, това не бил единственият въпрос, повдигнат в новото изследване. В сътрудничество с учени от университета в Падуа, авторите на работата са разгледали и много различни начини за образуване на черни дупки с различни маси - от единични звезди, в двоични системи, близки звездни купове. Според техните открития най-масивните черни дупки със звездна маса възникват главно в резултат на сложни динамични взаимодействия в звездните купове. По-специално било установено, че подобни събития могат да се използват за обяснение на функционалната зависимост на масите на сливащите се черни дупки, известна от данните, получени в хода на експериментите по регистриране на гравитационни вълни от колаборацията LIGO/Virgo.
„Ние също така предлагаме убедителна теория за генерирането на свръхмасивни черни дупки, наблюдавани при голямо червено отместване, което може да послужи като отправна точка за изследване на произхода на „тежките зародиши“ на черните дупки. Тази теория ще бъде развита в следващите ни статии“, обещава Лумен Боко, един от съавторите на статията.
