Mint tudják, a fekete lyukakat nagyon nehéz észlelni, mert olyan feketék, mint a körülöttük lévő tér. A fekete lyukak helyét csak különleges körülmények között tudjuk pontosan meghatározni, például amikor egy közeli csillagból gázt lövellnek ki, vagy összeolvadnak, és gravitációs hullámokat bocsátanak ki. Tehát hány fekete lyuk van? A kérdés megválaszolásához a csillagászoknak elméleti számításokhoz kell fordulniuk a becslésekhez.
A fekete lyuk összetevői
Fekete lyuk létrehozásához csillagokat kell létrehozni, mert a fekete lyukak a csillagok halálával jönnek létre. Ezért, hogy megtudják, hány fekete lyuk van az univerzumban, a kutatóknak néhány lépést vissza kellett tenniük.
Az első lépés a galaxisok evolúciójának modellezése több milliárd éves kozmikus történelem során. A galaxisok végül is a csillagok otthonai, és általános evolúciójuk befolyásolja, hogy az egyes típusokból hány csillag jelenik meg bennük. Például egyes galaxisok évről évre folyamatosan új csillagokat alkothatnak. Mások olyan egyesüléseket tapasztalhatnak, amelyek hihetetlenül intenzív csillagkeletkezést eredményeznek, de aztán kiégnek, és nem tesznek semmi említést.
A csillagászok megfigyelték a galaxisok statisztikáit a kozmikus idők során, és általános tendenciát figyeltek meg a galaxisok egyesülési arányában és a demográfiai folyamatokban. Egy másik kulcsfontosságú tényező a galaxis úgynevezett „fémessége”, amely a hidrogénen és a héliumon kívüli egyéb elemek mennyiségét méri a galaxisban (a csillagászok „fémeknek” nevezik őket). A nagyobb galaxisok több gázzal rendelkeznek, ami lehetővé teszi több csillag kialakulását. De több fém javíthatja a gáz hűtését, ami viszont segít a galaxisoknak új csillagok hatékonyabb előállításában.
Fekete lyuk receptje
Ezeket az építőelemeket használva a csillagászoknak van egy modelljük a galaxisok csillagpopulációjáról, amely megmondja nekik, hogy hány kis, közepes és nagy csillag jelenik meg a világegyetemben. Aztán nyomon kellett követniük ezeknek a csillagoknak az evolúcióját – és ami a legfontosabb – a halálát. Ennek érdekében a modellezéshez fordultak, amely egy adott csillag tulajdonságait (tömegét és fémességét) az élettartamával és az esetleges halálával hozza összefüggésbe. A legnagyobb csillagoknak csak a töredéke hoz létre fekete lyukat, és ez a szimuláció megmondja a csillagászoknak, hogy a galaxis csillagainak hány százaléka alszik ki évente.
A csillagászoknak ezután nyomon kellett követniük a kettős rendszerek evolúcióját, mivel a fekete lyukak a testvércsillagokból táplálkozhatnak, feltöltve azokat gázzal. Így egy bináris rendszerben kialakult fekete lyuk végül nagyobbnak bizonyul, mint egy egyedül született fekete lyuk.
Ahogy a fekete lyukak öregszenek, továbbra is a környező gázokkal táplálkoznak, amit a csillagászok is nagyra értékeltek. Végül néha a fekete lyukak egymásra találnak a csillagközi tér sötétjében, és összeolvadnak. Így a pontos felméréshez a csillagászoknak meg kellett becsülniük a fekete lyukak egyesülési sebességét az egyes galaxisokban.
A fekete lyukak nagy összeírása
Mindezt összeadva a csillagászok több milliárd éven keresztül nyomon követhették a fekete lyukak populációját. Készítettek egy úgynevezett "tömegfüggvényt", amely egyfajta csillagászati összeírása annak, hogy hány fekete lyuk létezik egy adott időpontban az egyes méretekben.
Nem meglepő, hogy a legnagyobb fekete lyukak, az úgynevezett szupermasszív fekete lyukak, sokkal ritkábbak, mint kisebb társaik. A kutatók azt találták, hogy az űr minden köbmegaparszekjában (ahol a megaparszek 1 millió parszek, azaz 3,26 millió fényév) található univerzumunkban körülbelül 50 millió fekete lyuk található a Nap tömegével. Ha minden fekete lyuk többszöröse a Nap tömegének, ez körülbelül 10 millió fekete lyukat jelent ugyanabban a térfogatban.
Ennek perspektívájában a fekete lyukak teljes tömege a csillagok tömegének körülbelül 10%-a. Tehát az éjszakai égbolton látható összes csillag között sok fekete lyuk rejtőzik. A szupermasszív fekete lyukak viszont rendkívül ritkák, és minden galaxisban általában csak egy ilyen szörny található. Összességében a fekete lyukak a mai világegyetem összes barionos (nem sötét) anyagának körülbelül 1%-át teszik ki.
Olvassa el még:
- Fekete lyukat fedeztek fel egy galaxisunkon kívüli csillaghalmazban
- A fizikusok véletlenül új felfedezést tettek a fekete lyukakkal kapcsolatban