Όπως γνωρίζετε, οι μαύρες τρύπες είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστούν γιατί είναι τόσο μαύρες όσο ο χώρος γύρω τους. Μπορούμε να εντοπίσουμε τη θέση των μαύρων τρυπών μόνο σε ειδικές περιστάσεις, όπως όταν εκτοξεύουν αέριο από ένα κοντινό αστέρι ή συγχωνεύονται μεταξύ τους, απελευθερώνοντας ένα ρεύμα βαρυτικών κυμάτων. Πόσες μαύρες τρύπες υπάρχουν λοιπόν; Για να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα, οι αστρονόμοι πρέπει να στραφούν σε θεωρητικούς υπολογισμούς για να κάνουν εκτιμήσεις.
Συστατικά μιας μαύρης τρύπας
Για να δημιουργήσετε μια μαύρη τρύπα, πρέπει να δημιουργήσετε αστέρια, επειδή οι μαύρες τρύπες δημιουργούνται από το θάνατο των αστεριών. Επομένως, για να μάθουν πόσες μαύρες τρύπες υπάρχουν στο σύμπαν, οι ερευνητές έπρεπε να κάνουν μερικά βήματα πίσω.
Το πρώτο βήμα είναι να μοντελοποιήσουμε την εξέλιξη των γαλαξιών σε δισεκατομμύρια χρόνια κοσμικής ιστορίας. Οι γαλαξίες είναι σπίτια για αστέρια, τελικά, και η συνολική τους εξέλιξη επηρεάζει πόσα αστέρια κάθε τύπου εμφανίζονται μέσα τους. Για παράδειγμα, ορισμένοι γαλαξίες μπορούν να σχηματίζουν συνεχώς νέα αστέρια χρόνο με το χρόνο. Άλλοι μπορεί να βιώσουν συγχωνεύσεις που παράγουν απίστευτα έντονο σχηματισμό άστρων, αλλά στη συνέχεια να καούν και να μην κάνουν τίποτα αξιοσημείωτο.
Οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει τις στατιστικές των γαλαξιών σε όλη τη διάρκεια του κοσμικού χρόνου, σημειώνοντας μια γενική τάση στον ρυθμό συγχωνεύσεων γαλαξιών και στα δημογραφικά στοιχεία. Ένας άλλος βασικός παράγοντας είναι η λεγόμενη «μεταλλικότητα» ενός γαλαξία, η οποία είναι ένα μέτρο της ποσότητας στοιχείων εκτός του υδρογόνου και του ηλίου μέσα στον γαλαξία (οι αστρονόμοι τα αποκαλούν «μέταλλα»). Οι μεγαλύτεροι γαλαξίες έχουν περισσότερο αέριο, το οποίο τους επιτρέπει να σχηματίσουν περισσότερα αστέρια. Αλλά περισσότερα μέταλλα μπορούν να βελτιώσουν την ψύξη αερίου, η οποία με τη σειρά της βοηθά τους γαλαξίες να παράγουν νέα αστέρια πιο αποτελεσματικά.
Συνταγή μαύρης τρύπας
Χρησιμοποιώντας αυτά τα δομικά στοιχεία, οι αστρονόμοι έχουν ένα μοντέλο του αστρικού πληθυσμού στους γαλαξίες που τους λέει πόσα μικρά, μεσαία και μεγάλα αστέρια εμφανίζονται στο σύμπαν. Και μετά χρειάστηκε να εντοπίσουν την εξέλιξη – και το πιο σημαντικό, τον θάνατο – αυτών των άστρων. Για να γίνει αυτό, στράφηκαν στη μοντελοποίηση, η οποία συσχετίζει τις ιδιότητες ενός συγκεκριμένου άστρου (τη μάζα και τη μεταλλικότητά του) με τη διάρκεια ζωής και τον πιθανό θάνατό του. Μόνο ένα κλάσμα από τα μεγαλύτερα αστέρια γεννούν μαύρες τρύπες και αυτή η προσομοίωση λέει στους αστρονόμους ποιο ποσοστό των αστεριών στον γαλαξία σβήνει κάθε χρόνο.
Οι αστρονόμοι έπρεπε στη συνέχεια να παρακολουθήσουν την εξέλιξη των δυαδικών συστημάτων, καθώς οι μαύρες τρύπες μπορούν να τρέφονται με τα αδέρφια τους αστέρια, αναπληρώνοντάς τα με αέριο. Έτσι, μια μαύρη τρύπα που σχηματίζεται σε ένα δυαδικό σύστημα θα αποδειχθεί τελικά μεγαλύτερη από μια μαύρη τρύπα που γεννήθηκε μόνη της.
Καθώς οι μαύρες τρύπες γερνούν, συνεχίζουν να τρέφονται με οποιοδήποτε αέριο που το περιβάλλει, κάτι που επίσης εκτιμούσαν οι αστρονόμοι. Τέλος, μερικές φορές οι μαύρες τρύπες βρίσκουν η μία την άλλη στο σκοτάδι του διαστρικού χώρου και συγχωνεύονται. Έτσι, για να κάνουν μια ακριβή έρευνα, οι αστρονόμοι έπρεπε να υπολογίσουν τον ρυθμό των συγχωνεύσεων μαύρων οπών σε κάθε γαλαξία.
Μια μεγάλη απογραφή μαύρων τρυπών
Συνδυάζοντας τα όλα αυτά, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να παρακολουθήσουν τον πληθυσμό των μαύρων τρυπών για δισεκατομμύρια χρόνια. Έκαναν μια λεγόμενη «συνάρτηση μάζας», η οποία είναι ένα είδος αστρονομικής απογραφής για το πόσες μαύρες τρύπες κάθε μεγέθους υπάρχουν ανά πάσα στιγμή.
Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι οι μεγαλύτερες μαύρες τρύπες, που ονομάζονται υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, είναι πολύ πιο σπάνιες από τις μικρότερες αντίστοιχές τους. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι σε κάθε κυβικό megaparsec του διαστήματος (όπου ένα megaparsec είναι 1 εκατομμύριο parsec, ή 3,26 εκατομμύρια έτη φωτός), το σύμπαν μας περιέχει περίπου 50 εκατομμύρια μαύρες τρύπες με τη μάζα του Ήλιου. Εάν κάθε μαύρη τρύπα είναι πολλές φορές η μάζα του Ήλιου, αυτό σημαίνει περίπου 10 εκατομμύρια μεμονωμένες μαύρες τρύπες στον ίδιο όγκο.
Για να το θέσουμε σε προοπτική, η συνολική ποσότητα μάζας που περιέχεται στις μαύρες τρύπες είναι περίπου το 10% της μάζας που περιέχεται στα αστέρια. Έτσι, ανάμεσα σε όλα τα αστέρια που βλέπετε στον νυχτερινό ουρανό, κρύβονται πολλές μαύρες τρύπες. Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, από την άλλη πλευρά, είναι εξαιρετικά σπάνιες και κάθε γαλαξίας φιλοξενεί συνήθως μόνο ένα από αυτά τα τέρατα. Συνολικά, οι μαύρες τρύπες αποτελούν περίπου το 1% της βαρυονικής (μη σκοτεινής) ύλης στο σύμπαν σήμερα.
Διαβάστε επίσης:
- Μια μαύρη τρύπα ανακαλύφθηκε σε ένα αστρικό σμήνος έξω από τον γαλαξία μας
- Οι φυσικοί έκαναν κατά λάθος μια νέα ανακάλυψη για τις μαύρες τρύπες