因为我们看不到,很难确切知道广阔的宇宙中有多少个。
但这并不意味着我们没有办法尝试解决这个问题。
恒星质量黑洞是死亡大质量恒星塌缩的核心,结合这些恒星和双星如何形成和演化的新研究已经能够得出恒星质量的新估计宇宙人口。
这个数字相当令人瞠目结舌:40 quintillion,即 40,000,000,000,000,000,000 个黑洞,大约占可观测宇宙中所有正常物质的 1%。
“这项工作的创新之处在于将恒星和双星演化的详细模型与单个星系中恒星形成和金属富集的先进方法结合起来,”天体物理学家亚历克斯·西西利亚解释道意大利国际高级研究学院(SISSA)的院长。
“这是第一个,也是最强大的之一,从一开始整个宇宙历史中恒星黑洞质量函数的计算。”
黑洞是一个悬在我们对宇宙理解之上的巨大问号——或者更确切地说,是很多问号。但如果我们很好地了解那里有多少黑洞,这可能有助于回答其中一些问题。
一种方法是估计宇宙中大质量恒星的历史。然后我们就能够计算出任何给定空间体积中应该存在的黑洞数量。
这些知识可能会提供有关超大质量黑洞的生长和演化的线索,这些黑洞的质量是太阳的数百万或数十亿倍,构成了星系的核心。
西西里和他的同事采用了一种计算方法。它们仅包括通过单星或双星演化形成的黑洞,并考虑到黑洞合并的作用,其数量可以根据数据,并产生质量稍高的黑洞。
这使得他们能够计算出在宇宙生命周期内恒星质量黑洞的诞生率,其质量是太阳质量的 5 到 160 倍。
这个诞生率表明,今天可观测的宇宙中应该散布着大约 40 个恒星质量黑洞,其中质量最大的恒星质量黑洞是由星团中的双黑洞合并产生的。
研究小组将他们的结果与引力波数据进行了比较,发现他们对黑洞合并速率的估计与观测数据非常吻合。这表明星团合并很可能是我们所看到的黑洞碰撞的幕后黑手。
通过计算随时间变化的出生率,研究人员还能够估算出早期宇宙中恒星质量黑洞的数量。这是非常有趣的,因为对遥远宇宙的观测已经揭示了超大质量黑洞在宇宙诞生后的极早时间出现。。
目前还不清楚这些庞然大物是如何如此迅速地成长得如此之大。当前的一些问题涉及黑洞“种子”的质量——它们是轻恒星质量黑洞还是“重”中等质量黑洞。
该团队的研究将为调查这些问题提供基础。本文是系列文章中的第一篇;未来的论文将研究中等质量黑洞和超大质量黑洞,以更完整地了解整个宇宙中的黑洞分布。
“我们的工作为在高空(超大)质量黑洞产生光种子提供了可靠的理论。,并且可以构成研究‘重种子’起源的起点,我们将在即将发表的论文中对此进行探讨,”天体物理学家鲁门·博科说国际社会保障协会。
该团队的研究成果发表于天体物理学杂志。