Svarta hål är som bekant mycket svåra att upptäcka eftersom de är lika svarta som utrymmet runt dem. Vi kan bara fastställa platsen för svarta hål under speciella omständigheter, till exempel när de skjuter ut gas från en närliggande stjärna eller smälter samman och släpper ut en ström av gravitationsvågor. Så hur många svarta hål finns det? För att svara på denna fråga måste astronomer vända sig till teoretiska beräkningar för att göra uppskattningar.
Ingredienser av ett svart hål
För att skapa ett svart hål måste du skapa stjärnor, eftersom svarta hål skapas genom stjärnors död. Därför, för att ta reda på hur många svarta hål det finns i universum, var forskare tvungna att ta några steg tillbaka.
Det första steget är att modellera galaxernas utveckling under miljarder år av kosmisk historia. Galaxer är trots allt hem för stjärnor, och deras övergripande utveckling påverkar hur många stjärnor av varje typ som visas inom dem. Till exempel kan vissa galaxer konsekvent bilda nya stjärnor år efter år. Andra kan uppleva sammanslagningar som producerar otroligt intensiv stjärnbildning, men bränner sedan ut och gör ingenting.
Astronomer har observerat statistik över galaxer under kosmisk tid och noterat en allmän trend i hastigheten för galaxsammanslagningar och demografi. En annan nyckelfaktor är den så kallade "metalliciteten" hos en galax, som är ett mått på mängden andra element än väte och helium inuti galaxen (astronomer kallar dem "metaller"). Större galaxer har mer gas, vilket gör att de kan bilda fler stjärnor. Men fler metaller kan förbättra gaskylningen, vilket i sin tur hjälper galaxer att producera nya stjärnor mer effektivt.
Svart hål recept
Med hjälp av dessa byggstenar har astronomer en modell av stjärnpopulationen i galaxer som berättar hur många små, medelstora och stora stjärnor som förekommer i universum. Och sedan behövde de spåra utvecklingen – och viktigast av allt, döden – av dessa stjärnor. För att göra detta vände de sig till modellering, som relaterar egenskaperna hos en specifik stjärna (dess massa och metallicitet) till dess livstid och eventuella död. Endast en bråkdel av de största stjärnorna föder svarta hål, och denna simulering berättar för astronomerna hur stor procentandel av stjärnorna i galaxen som släcks ut varje år.
Astronomer var då tvungna att spåra utvecklingen av binära system, eftersom svarta hål kan mata sina syskonstjärnor och fylla på dem med gas. Således kommer ett svart hål som bildas i ett binärt system så småningom att visa sig vara större än ett svart hål som fötts ensamt.
När svarta hål åldras fortsätter de att livnära sig på all omgivande gas, vilket astronomer också uppskattade. Slutligen, ibland hittar svarta hål varandra i det interstellära rymdens mörker och smälter samman. För att göra en korrekt undersökning var astronomerna alltså tvungna att uppskatta hastigheten för sammanslagningar av svarta hål i varje galax.
En stor folkräkning av svarta hål
Genom att lägga ihop allt kunde astronomer spåra befolkningen av svarta hål under miljarder år. De gjorde en så kallad "massfunktion", som är en slags astronomisk folkräkning av hur många svarta hål av varje storlek som finns vid en given tidpunkt.
Inte överraskande är de största svarta hålen, kallade supermassiva svarta hål, mycket sällsynta än sina mindre motsvarigheter. Forskare har funnit att i varje kubisk megaparsek i rymden (där en megaparsec är 1 miljon parsec, eller 3,26 miljoner ljusår), innehåller vårt universum cirka 50 miljoner svarta hål med solens massa. Om varje svart hål är flera gånger solens massa betyder det cirka 10 miljoner enskilda svarta hål i samma volym.
För att sätta detta i perspektiv är den totala mängden massa som finns i svarta hål cirka 10% av massan som finns i stjärnor. Så bland alla stjärnor du ser på natthimlen finns det många svarta hål som gömmer sig. Supermassiva svarta hål, å andra sidan, är extremt sällsynta, och varje galax är vanligtvis hem för bara ett av dessa monster. Totalt utgör svarta hål cirka 1 % av all baryonisk (icke-mörk) materia i universum idag.
Läs också:
- Ett svart hål har upptäckts i en stjärnhop utanför vår galax
- Fysiker gjorde av misstag en ny upptäckt om svarta hål