Eins og þú veist er mjög erfitt að greina svarthol vegna þess að þau eru jafn svört og rýmið í kringum þau. Við getum aðeins bent á staðsetningu svarthola við sérstakar aðstæður, eins og þegar þau kasta gasi frá nálægri stjörnu eða renna saman og gefa frá sér straum af þyngdarbylgjum. Svo hversu mörg svarthol eru til? Til að svara þessari spurningu verða stjörnufræðingar að snúa sér að fræðilegum útreikningum til að gera áætlanir.
Innihald svarthols
Til að búa til svarthol þarftu að búa til stjörnur, því svarthol verða til við dauða stjarna. Þess vegna, til að komast að því hversu mörg svarthol eru í alheiminum, þurftu vísindamenn að taka nokkur skref aftur á bak.
Fyrsta skrefið er að móta þróun vetrarbrauta yfir milljarða ára sögu alheimsins. Vetrarbrautir eru heimili stjarna, þegar allt kemur til alls, og heildarþróun þeirra hefur áhrif á hversu margar stjörnur af hverri gerð birtast í þeim. Sumar vetrarbrautir geta til dæmis myndað nýjar stjörnur ár eftir ár. Aðrir gætu upplifað samruna sem framkalla ótrúlega mikla stjörnumyndun, en brenna síðan út og gera ekkert athugavert.
Stjörnufræðingar hafa fylgst með tölfræði vetrarbrauta allan alheimstímann og tekið eftir almennri þróun í hraða samruna vetrarbrauta og lýðfræði. Annar lykilþáttur er svokallaður „málmleiki“ vetrarbrautar, sem er mælikvarði á magn annarra frumefna en vetnis og helíums inni í vetrarbrautinni (stjörnufræðingar kalla þær „málma“). Stærri vetrarbrautir hafa meira gas sem gerir þeim kleift að mynda fleiri stjörnur. En fleiri málmar geta bætt gaskælingu, sem aftur hjálpar vetrarbrautum að framleiða nýjar stjörnur á skilvirkari hátt.
Uppskrift fyrir svarthol
Með því að nota þessar byggingareiningar hafa stjörnufræðingar líkan af stjörnustofninum í vetrarbrautum sem segir þeim hversu margar litlar, meðalstórar og stórar stjörnur birtast í alheiminum. Og svo þurftu þeir að rekja þróun – og síðast en ekki síst, dauða – þessara stjarna. Til að gera þetta sneru þeir sér að líkanagerð, sem tengir eiginleika ákveðinnar stjörnu (massi hennar og málmleiki) við líftíma hennar og hugsanlegan dauða. Aðeins brot af stærstu stjörnunum gefa af sér svarthol og þessi uppgerð segir stjörnufræðingum hversu mörg prósent stjarna í vetrarbrautinni slokkna á hverju ári.
Stjörnufræðingar þurftu þá að rekja þróun tvíundirkerfa þar sem svarthol geta nærst af systkinastjörnum þeirra og fyllt þær með gasi. Þannig mun svarthol sem myndast í tvíundarkerfi á endanum reynast stærra en svarthol sem fæðist eitt og sér.
Þegar svarthol eldast halda þau áfram að nærast á hvaða gasi sem er í kring, sem stjörnufræðingar kunnu líka að meta. Að lokum, stundum finna svarthol hvert annað í myrkri geimsins og renna saman. Til að gera nákvæma könnun þurftu stjörnufræðingar því að áætla hraða svartholssamruna í hverri vetrarbraut.
Stórt manntal svarthola
Með því að setja þetta allt saman gátu stjörnufræðingar fylgst með íbúa svarthola yfir milljarða ára. Þeir gerðu svokallað „massafall“ sem er eins konar stjarnfræðilegt talning á því hversu mörg svarthol af hverri stærð eru til á hverjum tíma.
Það kemur ekki á óvart að stærstu svartholin, sem kallast risastór svarthol, eru mun sjaldgæfari en minni hliðstæða þeirra. Vísindamenn hafa komist að því að í hverri rúmmetra megaparsek af geimnum (þar sem megaparsec er 1 milljón parsec, eða 3,26 milljón ljósár), inniheldur alheimurinn okkar um 50 milljónir svarthola með massa sólarinnar. Ef hvert svarthol er nokkrum sinnum massameiri en sólin þýðir það um 10 milljónir einstakra svarthola í sama rúmmáli.
Til að setja þetta í samhengi er heildarmagn massans í svartholum um 10% af massanum í stjörnum. Þannig að meðal allra stjarnanna sem þú sérð á næturhimninum leynast mörg svarthol. Ofurstórsvarthol eru aftur á móti afar sjaldgæf og í hverri vetrarbraut er yfirleitt aðeins eitt af þessum skrímslum. Alls eru svarthol um 1% af öllu baryónískum (ekki myrkri) efni í alheiminum í dag.
Lestu líka:
- Svarthol hefur fundist í stjörnuþyrpingu fyrir utan vetrarbrautina okkar
- Eðlisfræðingar gerðu óvart nýja uppgötvun um svarthol