Kuten tiedätte, mustia aukkoja on erittäin vaikea havaita, koska ne ovat yhtä mustia kuin niiden ympärillä oleva tila. Voimme määrittää mustien aukkojen sijainnin vain erityisissä olosuhteissa, kuten silloin, kun ne päästävät kaasua läheisestä tähdestä tai sulautuvat yhteen vapauttaen gravitaatioaaltojen virran. Kuinka monta mustaa aukkoa siis on? Vastatakseen tähän kysymykseen tähtitieteilijöiden on käännyttävä teoreettisiin laskelmiin arvioiden tekemiseksi.
Mustan aukon ainesosat
Mustan aukon luomiseksi sinun on luotava tähtiä, koska mustat aukot syntyvät tähtien kuolemalla. Siksi tutkijoiden piti ottaa muutama askel taaksepäin saadakseen selville, kuinka monta mustaa aukkoa universumissa on.
Ensimmäinen askel on mallintaa galaksien kehitys miljardeja vuosia kestäneen kosmisen historian aikana. Galaksit ovat loppujen lopuksi tähtien koteja, ja niiden yleinen kehitys vaikuttaa siihen, kuinka monta kunkin tyypin tähtiä niissä esiintyy. Esimerkiksi jotkut galaksit voivat jatkuvasti muodostaa uusia tähtiä vuodesta toiseen. Toiset saattavat kokea sulautumisia, jotka tuottavat uskomattoman intensiivistä tähtien muodostumista, mutta sitten palavat loppuun eivätkä tee mitään huomionarvoista.
Tähtitieteilijät ovat havainneet galaksien tilastoja koko kosmisen ajan, ja ne ovat havainneet yleisen suuntauksen galaksien fuusioitumisnopeudessa ja väestökehityksessä. Toinen keskeinen tekijä on galaksin niin kutsuttu "metallisuus", joka mittaa galaksin sisällä olevien muiden alkuaineiden kuin vedyn ja heliumin määrää (tähtitieteilijät kutsuvat niitä "metalleiksi"). Suuremmissa galakseissa on enemmän kaasua, minkä ansiosta ne voivat muodostaa enemmän tähtiä. Mutta enemmän metalleja voi parantaa kaasun jäähdytystä, mikä puolestaan auttaa galakseja tuottamaan uusia tähtiä tehokkaammin.
Mustan aukon resepti
Näitä rakennuspalikoita käyttämällä tähtitieteilijöillä on mallin galaksien tähtipopulaatiosta, joka kertoo kuinka monta pientä, keskikokoista ja suurta tähteä esiintyy universumissa. Ja sitten heidän täytyi jäljittää näiden tähtien kehitys – ja mikä tärkeintä, kuolema. Tätä varten he kääntyivät mallintamiseen, joka yhdistää tietyn tähden ominaisuudet (sen massan ja metallisuuden) sen elinikään ja mahdolliseen kuolemaan. Vain murto-osa suurimmista tähdistä synnyttää mustia aukkoja, ja tämä simulaatio kertoo tähtitieteilijöille, kuinka suuri prosenttiosuus galaksin tähdistä sammuu vuosittain.
Tähtitieteilijät joutuivat sitten jäljittämään binäärijärjestelmien evoluutiota, sillä mustat aukot voivat ruokkia sisarustähtiään ja täydentää niitä kaasulla. Siten binäärijärjestelmään muodostunut musta aukko osoittautuu lopulta suuremmiksi kuin yksin syntynyt musta aukko.
Kun mustat aukot vanhenevat, ne jatkavat ravintoa ympäröivällä kaasulla, mitä myös tähtitieteilijät arvostivat. Lopulta joskus mustat aukot löytävät toisensa tähtienvälisen avaruuden pimeydessä ja sulautuvat yhteen. Täten tarkan tutkimuksen tekemiseksi tähtitieteilijöiden oli arvioitava mustien aukkojen sulautumisnopeus kussakin galaksissa.
Suuri mustien aukkojen laskenta
Kun kaikki yhdistetään, tähtitieteilijät pystyivät seuraamaan mustien aukkojen populaatiota miljardeja vuosia. He tekivät niin sanotun "massafunktion", joka on eräänlainen tähtitieteellinen laskenta siitä, kuinka monta kunkin kokoista mustaa aukkoa on olemassa kulloinkin.
Ei ole yllättävää, että suurimmat mustat aukot, joita kutsutaan supermassiivisiksi mustiksi aukoksi, ovat paljon harvinaisempia kuin pienemmät vastineensa. Tutkijat ovat havainneet, että jokaisessa avaruuden kuutiossa megaparsekissa (jossa megaparsek on 1 miljoona parsekkia eli 3,26 miljoonaa valovuotta) universumissamme on noin 50 miljoonaa Auringon massa olevaa mustaa aukkoa. Jos jokainen musta aukko on useita kertoja Auringon massa, tämä tarkoittaa noin 10 miljoonaa yksittäistä mustaa aukkoa samassa tilavuudessa.
Perspektiivistä katsottuna mustien reikien sisältämän massan kokonaismäärä on noin 10 % tähtien massasta. Joten kaikkien yötaivaalla näkemiesi tähtien joukossa on piilossa monia mustia aukkoja. Supermassiiviset mustat aukot ovat toisaalta erittäin harvinaisia, ja jokaisessa galaksissa on yleensä vain yksi näistä hirviöistä. Yhteensä mustat aukot muodostavat noin 1 % kaikesta baryonisesta (ei-pimeästä) aineesta universumissa nykyään.
Lue myös:
- Musta aukko on löydetty galaksimme ulkopuolelta sijaitsevasta tähtijoukosta
- Fyysikot tekivät vahingossa uuden löydön mustista aukoista