سیاه چاله ها به اندازه فضای اطرافشان سیاه هستند، از این رو کشف آن ها کار راحتی نیست. تشخیص آن ها فقط در شرایط خاص امکان دارد در نتیجه برای پاسخ به این سؤال که چند سیاه چاله در کیهان وجود دارد، ستاره شناسان باید به محاسبات نظری روی آورند.
در یک مطالعه که اخیرا انجام شده است، محققان به این نتیجه رسیدند که به طور بالقوه میلیون ها سیاه چاله کوچک در نزدیکی ما وجود دارد که هنوز کشف نشده اند. این بدان معنی است که حدود ۱٪ از کل ماده در جهان در داخل سیاه چاله ها قرار گرفته است.
مواد تشکیل دهنده سیاه چاله
برای به وجود آمدن یک سیاه چاله در ابتدا به یک ستاره نیاز است، زیرا از مرگ ستاره ها به وجود می آیند. بنابراین برای اینکه متوجه شویم چند سیاه چاله در کیهان وجود دارد، محققین این مطالعه مجبور شدند چند قدم به عقب برگردند.
اولین قدم مدلسازی تکامل کهکشان ها در طول میلیاردها سال تاریخ کیهانی است. به هر حال کهکشان ها خانه ستارگان هستند و تکامل کلی آن ها بر تعداد و نوع ستاره در داخل آن ها تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، برخی از کهکشان ها می توانند به طور پیوسته ستاره های جدیدی را در هر سال کیهانی تشکیل دهند.
یکی دیگر از عوامل کلیدی به اصطلاح “فلزی بودن” یک کهکشان است که معیاری برای اندازه گیری مقدار عناصری غیر از هیدروژن و هلیوم در داخل یک کهکشان است. کهکشان های بزرگتر گاز بیشتری خواهند داشت که به آن ها امکان تشکیل ستاره های بیشتری را می دهد. اما فلزات بیشتر می‌توانند خنک‌شدن گاز را تسریع دهند، که به نوبه خود به کهکشان‌ها کمک می‌کند تا ستاره‌های جدید را سریع تر تولید کنند.
دستور العمل های تشکیل سیاه چاله
اخترشناسان مدلی از جمعیت ستارگان در کهکشان‌ها را در اختیار دارند و می دانند که چه تعداد ستاره کوچک، ستاره‌های متوسط و ستاره‌های بزرگ در کیهان ظاهر می‌شود. سپس نیاز به ردیابی تکامل – و مهم تر از همه، مرگ – آن ستارگان دارند.
دانشمندان برای انجام این کار، به شبیه‌سازی روی آوردند که ویژگی‌های یک ستاره خاص (جرم و فلزی بودن آن) را به طول عمر و مرگ نهایی آن مرتبط می‌کند. تنها کسری از بزرگترین ستاره ها توانایی تولید یک سیاه چاله ها را دارند و این شبیه سازی ها به ستاره شناسان می گوید که هر سال چند درصد از ستاره های یک کهکشان خاموش می شوند.
در مرحله بعد، اخترشناسان باید تکامل سیستم‌های دوتایی را دنبال می‌کردند، زیرا سیاه چاله ها می‌توانند از ستارگان خواهر و برادر تغذیه کنند و در این فرآیند از گاز آن ها غرق شوند. بنابراین سیاهچاله ای که در یک سیستم دوتایی تشکیل شده است، در نهایت بزرگتر از سیاه چاله ای است که به تنهایی متولد شده.
همانطور که سیاه چاله ها پیر می شوند، همچنان از گازهای اطراف تغذیه می کنند و گاهی اوقات یکدیگر را در تاریکی فضای بین ستاره ای پیدا می کنند و با هم ادغام می شوند. بنابراین برای انجام یک بررسی دقیق، اخترشناسان باید نرخ ادغامشان را در هر کهکشان تخمین می‌زدند.
چند سیاه چاله در کیهان وجود دارد: سرشماری سیاه چاله های بزرگ
اخترشناسان با کنار هم قرار دادن تمام قطعات، توانستند جمعیت سیاه چاله ها را در طول میلیاردها سال ردیابی کنند. آن ها چیزی را تولید کردند که “تابع جرم” نامیده می شود، که نوعی سرشماری نجومی است و گزارش می دهد که چه تعداد از هر اندازه سیاه چاله در هر نقطه از زمان وجود دارد.
جای تعجب نیست که بزرگترین نوع که سیاه چاله های کلان جرم نامیده می‌شوند، بسیار نادرتر از پسرعموهای کوچک‌تر خود هستند. محققان دریافتند که در هر مگاپارسک مکعبی فضا (یک مگاپارسک یا یک میلیون پارسک برابر با ۳.۲۶ میلیون سال نوری است)، جهان ما میزبان تقریباً ۵۰ میلیون جرم خورشیدی سیاه چاله است. اگر جرم هر سیاه چاله چند برابر جرم خورشید باشد، به معنای حدود ۱۰ میلیون سیاه چاله در همان حجم است.
برای در نظر گرفتن این موضوع، مقدار کل جرم سیاه چاله ها حدود ۱۰ درصد جرم موجود در ستارگان است. بنابراین برای تمام ستاره هایی که در آسمان شب می بینید، سیاه چاله های زیادی بین آن ها کمین کرده اند. از سوی دیگر، سیاه چاله های پرجرم بسیار نادر هستند و هر کهکشان معمولاً میزبان تنها یکی از این هیولاها است.
