Группа астрофизиков из Италии и Великобритании подсчитала, что в наблюдаемой Вселенной, представляющей собой сферу диаметром примерно 90 миллиардов световых лет, насчитывается по меньшей мере 40 триллионов звездных черных дыр. Образование и эволюция черных дыр во Вселенной является одной из основных проблем, решаемых современными исследованиями в области астрофизики и космологии.
Черные дыры в диапазоне масс от 5 до 150 масс Солнца возникают на заключительных, часто драматических стадиях развития массивных звезд.
С другой стороны, в диапазоне от 1 000 000 до 10 000 000 000 масс Солнца существуют сверхмассивные черные дыры, растущие в основном в газообразной аккреции, которая обеспечивает энергией впечатляющее широкополосное излучение активных ядер галактик. Такая активность может оказать глубокое влияние на эволюцию галактики.
Наблюдения черных дыр среднего размера в диапазоне от 1 000 до 1 000 000 масс Солнца являются наиболее небезопасными, ведь до сих пор были выявлены только предварительные доказательства этих систем. Однако охота продолжается из-за их астрофизической важности.
"Одно из самых фундаментальных демографических исследований, популяция черных дыр формируется на основе функции остаточной плотности материала, в частности плотности черных дыр в определенном объеме и удельного веса в зависимости от красного смещения", - говорит Алекс Сицилия из Scuola Internazionale Superiore di Studi Avantazi и его коллеги. "Мы с самого начала позаботились о приблизительной оценке плотности звездных черных дыр в зависимости от космической эры и, объединив самые современные звезды и бинарный эволюционный код SEVN против красного смещения галактик, в зависимости от статистики и эмпирических взаимосвязей, связанных с металличностью, скоростью образования звезд и их весом“.
Ученые оценивают остаточную плотность материала черных дыр звездного размера в локальной части Вселенной на 50 000 000 солнечных масс в кубическом мегапарсеке, что превышает более чем на два порядка массу обитающих здесь сверхмассивных черных дыр.
"Новаторский характер этой работы заключается в увязке детального моделирования развития звезд и двойных звезд с передовым рецептом их образования и обогащения металлов в отдельных галактиках", - говорит Алекс Сицилия. "Это один из первых и в то же время один из сильнейших неэмпирических расчетов функции массы звездных черных дыр за всю историю космоса".
Астрономы также изучили разнообразие путей образования черных дыр различной массы, таких как одиночные звезды, двойные системы и скопления.
"Большая часть материальных звездных черных дыр образовалась в основном на основе динамических событий в кластере", - говорит Алекс Сицилия. "То, как мы оцениваем гравитационные волны, наблюдаемые обсерваториями LIGO и Virgo, - это как раз те события, которые необходимы для объяснения материальных функций при слиянии черных дыр".
"Наша работа обеспечивает надежную теорию возникновения света зародышей (супер)массивных черных дыр с высоким красным смещением, что может представлять собой отправную точку для исследования происхождения более тяжелых зародышей", – говорит Люмен Бока, исследователь в Scuola Internazionale.