Как вам наверняка известно, черные дыры довольно сложно найти, потому что они, ну, знаете, черные… в черном космосе… Да, как та самая кошка в комнате без окон. Но даже это далеко не самая большая проблема. Они совсем не отражают свет, поэтому обнаружить их можно лишь при особом стечении обстоятельств, например, во время «обеда», когда они питаются соседними звездами или даже друг другом, поглощая газ или высвобождая гигантский поток гравитационных волн.
Так сколько черных дыр во Вселенной на самом деле? Для ответа на этот вопрос, необходимо обратиться не только к сухой математике, но и существующим теориям. Недавнее исследование показало, что в ближайшем космическом пространстве вокруг нашей планеты могут быть миллионы небольших черных дыр, которые нам еще предстоит обнаружить. Это значит, что примерно один процент материи во Вселенной может находиться внутри черных дыр.
Ингредиенты черной дыры
Как приготовить черную дыру? Для этого необходимо взять звезду, причем далеко не первой свежести, ведь такие объекты «готовятся» из тех небесных светил, что уже отслужили свое. Исходя из факта появления черных дыр в процессе смерти звезд, ученые попытались подсчитать, сколько их может быть во Вселенной. Для этого было проведено целое исследование, включающее в себя несколько этапов.
Первый этап – моделирование эволюции галактик за все время их существования во Вселенной. Так как звезды существуют в галактиках, то их общая эволюция должна влиять на то, в каком количестве и каких типов светила будут появляться в них. Например, в некоторых галактиках новые звезды могут стабильно формироваться чуть ли не каждый земной год. В то время как другие сливаются друг с другом, образуют огромное количество звезд, которые быстро сгорают и не оставляют ничего на своем месте.
Проводя наблюдения за различными галактиками, астрономы заметили среди них общую тенденцию скорости слияния и появления новых звезд. На это среди прочего влияет показатель «металличности» галактики, указывающий, сколько в ней имеется элементов, помимо водорода и гелия (астрономы почему-то все, кроме этих, считают металлами). Чем больше этих металлов в галактике, тем сильнее охлаждение газа, что позволяет галактикам производить больше звезд.
Рецепт черной дыры
Взять правильные ингредиенты – еще не значит научиться сразу же готовить из них идеальные блюда. Поэтому наличие большого количества звезд в галактике совсем не означает, что на месте каждой из них появится черная дыра.
Поэтому второй шаг в исследовании количества черных дыр во Вселенной было создание модели распространения звезд. С ее помощью астрономы выясняют, сколько звезд разных типов рождается в тех или иных участках космоса.
Далее им нужно проследить эволюцию звезды каждого типа и понять, как те умирают. Для этого снова создается модель, которая на основе известных свойств звезды (масса, плотность, металличность и т.д.) показывает процесс ее жизни и возможной смерти. Таким образом было выяснено, что лишь малая часть самых больших звезд в итоге превращается в черные дыры.
На этом исследование не заканчивается, так как астрономам еще нужно отдельно отследить эволюцию двойных звездных систем, так как черные дыры способны питаться другими звездами, высасывая их газ. Из-за этого черная дыра, рожденная в двойной системе, будет больше, чем «одиночка».
Черные дыры тоже стареют, продолжая питаться газом, пока в конце концов не потухнут окончательно или не найдут вторую такую же, чтобы слиться с ней воедино. Поэтому, чтобы точнее узнать, сколько черных дыр во Вселенной, астрономам также нужно учитывать скорость их слияния в каждой галактике.
Приготовление черной дыры
Когда ингредиенты собраны, а рецепт получен, можно выяснить, как именно происходит «приготовление» блюда и в каком количестве. Поэтому, собрав воедино всю имеющуюся информацию, астрономы смогли отследить процессы образования черных дыр в течение всей истории Вселенной. Они даже смогли вывести так называемую «функцию масс», которая по сути является астрономической переписью черных дыр.
Функция позволила выяснить, что самых больших черных дыр, называемых сверхмассивными, во Вселенной меньше всего. На один кубический мегапарсек космического пространства (1 мегапарсек равен примерно 3,26 млн световых лет) приходятся всего четыре черные дыры, чья масса превышает 50 миллионов солнечных масс. То есть они настолько редки, что в каждой галактике в среднем находится лишь одна такая.
Однако это касается лишь сверхмассивных черных дыр. Если высчитывать их общее количество, становится известно, что масса всех вместе взятых составляет примерно 10% от массы всех звезд в галактике. Таким образом, смотря на звездное небо, вы можете смело предполагать, что между всеми звездами, что там есть, скрывается огромное множество черных дыр.
В целом черный дыры занимают около 1% всей барионной (то есть не темной) материи во Вселенной. А это значит, что на вопрос «сколько черных дыр во Вселенной?» можно смело отвечать: много.
