Πόσες μαύρες τρύπες υπάρχουν στο Σύμπαν; Πρόκειται για ένα από τα πιο θεμελιώδη και πιεστικά ερωτήματα της σύγχρονης αστροφυσικής και κοσμολογίας.
Το ζήτημα αυτό εξετάστηκε πρόσφατα από τον υποψήφιο διδάκτορα του SISSA, Alex Sicilia, υπό την επίβλεψη του καθηγητή Andrea Lapi και του ερευνητή Lumen Boco, σε συνεργασία με επιστήμονες από το SISSA και άλλα εθνικά και διεθνή ιδρύματα. Στην πρώτη εργασία μιας σειράς που μόλις δημοσιεύτηκε στο The Astrophysical Journal, οι ερευνητές μελέτησαν τη δημογραφία των αστρικών μαύρων τρυπών — δηλαδή μαύρων τρυπών με μάζες από λίγες έως μερικές εκατοντάδες φορές τη μάζα του Ήλιου — οι οποίες σχηματίζονται στο τέλος της ζωής πολύ μαζικών άστρων.
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της μελέτης, περίπου το 1% της συνολικής «συνηθισμένης» (βαρυονικής) ύλης του Σύμπαντος είναι παγιδευμένο σε αστρικές μαύρες τρύπες. Ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι το εύρημα ότι ο συνολικός αριθμός των μαύρων τρυπών στο παρατηρήσιμο Σύμπαν σήμερα φτάνει περίπου τις 40 × 10¹⁸ — δηλαδή έναν αριθμό με 19 μηδενικά.
Μια νέα μέθοδος υπολογισμού
Όπως εξηγούν οι συγγραφείς, το αποτέλεσμα αυτό προέκυψε χάρη σε μια πρωτότυπη προσέγγιση που συνδυάζει τον σύγχρονο κώδικα εξέλιξης άστρων και δυαδικών συστημάτων SEVN (που αναπτύχθηκε στο SISSA) με εμπειρικές περιγραφές βασικών ιδιοτήτων των γαλαξιών, όπως ο ρυθμός σχηματισμού άστρων, η συνολική αστρική μάζα και η μεταλλικότητα του διαστρικού μέσου. Όλοι αυτοί οι παράγοντες παίζουν κρίσιμο ρόλο στον καθορισμό του αριθμού και των μαζών των αστρικών μαύρων τρυπών.
Με αυτόν τον αυτοσυνεπή συνδυασμό δεδομένων, οι ερευνητές κατάφεραν να υπολογίσουν τον αριθμό και την κατανομή μαζών των αστρικών μαύρων τρυπών σε ολόκληρη την κοσμική ιστορία. Όπως σημειώνει ο Alex Sicilia, η καινοτομία της δουλειάς έγκειται στη σύζευξη λεπτομερών μοντέλων αστρικής και δυαδικής εξέλιξης με προηγμένες συνταγές για τον σχηματισμό άστρων και τον χημικό εμπλουτισμό των γαλαξιών.
Η προέλευση των πιο μαζικών αστρικών μαύρων τρυπών
Η μελέτη δεν περιορίζεται μόνο στον συνολικό αριθμό των μαύρων τρυπών. Σε συνεργασία με ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Πάδοβας, οι επιστήμονες διερεύνησαν επίσης τους διαφορετικούς μηχανισμούς σχηματισμού μαύρων τρυπών διαφόρων μαζών, όπως η εξέλιξη μεμονωμένων άστρων, δυαδικών συστημάτων και αστρικών σμηνών.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι πιο μαζικές αστρικές μαύρες τρύπες προέρχονται κυρίως από δυναμικές αλληλεπιδράσεις μέσα σε πυκνά αστρικά σμήνη. Τέτοιες διεργασίες φαίνεται πως είναι απαραίτητες για να εξηγηθεί η κατανομή μαζών των συγχωνευόμενων μαύρων τρυπών που παρατηρούνται μέσω βαρυτικών κυμάτων από τα πειράματα LIGO και Virgo.
Οι συγγραφείς τονίζουν ότι η εργασία αυτή προσφέρει ένα ισχυρό θεωρητικό πλαίσιο για την κατανόηση της δημιουργίας των «ελαφρών σπόρων» υπερμεγεθών μαύρων τρυπών στο πρώιμο Σύμπαν και ανοίγει τον δρόμο για μελλοντικές μελέτες σχετικά με την προέλευση των πιο «βαριών» σπόρων.
