Jak víte, černé díry je velmi obtížné detekovat, protože jsou stejně černé jako prostor kolem nich. Umístění černých děr můžeme určit pouze za zvláštních okolností, například když vyvrhnou plyn z blízké hvězdy nebo se spojí a uvolní proud gravitačních vln. Kolik je tedy černých děr? Aby astronomové mohli odpovědět na tuto otázku, musí se obrátit na teoretické výpočty, aby provedli odhady.
Ingredience černé díry
Chcete-li vytvořit černou díru, musíte vytvořit hvězdy, protože černé díry vznikají smrtí hvězd. Proto, aby vědci zjistili, kolik černých děr ve vesmíru je, museli udělat pár kroků zpět.
Prvním krokem je modelování vývoje galaxií v průběhu miliard let kosmické historie. Galaxie jsou koneckonců domovem hvězd a jejich celkový vývoj ovlivňuje, kolik hvězd každého typu se v nich objeví. Například některé galaxie mohou rok co rok neustále vytvářet nové hvězdy. Jiní mohou zažít fúze, které produkují neuvěřitelně intenzivní tvorbu hvězd, ale pak vyhoří a neudělají nic pozoruhodného.
Astronomové pozorovali statistiky galaxií v průběhu kosmického času a zaznamenali obecný trend v rychlosti slučování galaxií a demografických údajů. Dalším klíčovým faktorem je takzvaná „kovovost“ galaxie, což je míra množství prvků jiných než vodík a helium uvnitř galaxie (astronomové je nazývají „kovy“). Větší galaxie mají více plynu, což jim umožňuje tvořit více hvězd. Ale více kovů může zlepšit chlazení plynu, což zase pomáhá galaxiím produkovat nové hvězdy efektivněji.
Recept na černou díru
Pomocí těchto stavebních bloků mají astronomové model hvězdné populace v galaxiích, který jim říká, kolik malých, středních a velkých hvězd se ve vesmíru objevuje. A pak potřebovali vysledovat vývoj – a co je nejdůležitější, smrt – těchto hvězd. K tomu se obrátili na modelování, které dává do souvislosti vlastnosti konkrétní hvězdy (její hmotnost a metalicitu) s její dobou života a možnou smrtí. Pouze zlomek největších hvězd rodí černé díry a tato simulace astronomům říká, jaké procento hvězd v galaxii každý rok zhasne.
Astronomové pak museli sledovat vývoj binárních systémů, protože černé díry se mohou živit svými sourozeneckými hvězdami a doplňovat je plynem. Černá díra vytvořená v binárním systému se tedy nakonec ukáže být větší než černá díra zrozená sama.
Jak černé díry stárnou, nadále se živí jakýmkoli okolním plynem, což astronomové také ocenili. Nakonec se někdy černé díry najdou v temnotě mezihvězdného prostoru a spojí se. Aby tedy astronomové provedli přesný průzkum, museli odhadnout míru slučování černých děr v každé galaxii.
Velké sčítání černých děr
Když to dáme dohromady, astronomové byli schopni sledovat populaci černých děr po miliardy let. Udělali takzvanou "hmotnostní funkci", což je druh astronomického sčítání, kolik černých děr každé velikosti v daném okamžiku existuje.
Není divu, že největší černé díry, nazývané supermasivní černé díry, jsou mnohem vzácnější než jejich menší protějšky. Vědci zjistili, že v každém krychlovém megaparseku prostoru (kde megaparsek je 1 milion parseků, neboli 3,26 milionu světelných let), náš vesmír obsahuje asi 50 milionů černých děr o hmotnosti Slunce. Pokud je každá černá díra několikanásobkem hmotnosti Slunce, znamená to asi 10 milionů jednotlivých černých děr ve stejném objemu.
Abychom to uvedli do perspektivy, celkové množství hmoty obsažené v černých dírách je asi 10 % hmoty obsažené ve hvězdách. Mezi všemi hvězdami, které vidíte na noční obloze, se tedy skrývá mnoho černých děr. Na druhou stranu supermasivní černé díry jsou extrémně vzácné a každá galaxie je obvykle domovem pouze jednoho z těchto monster. Celkově černé díry dnes tvoří asi 1 % veškeré baryonové (netemné) hmoty ve vesmíru.
Přečtěte si také:
- V hvězdokupě mimo naši galaxii byla objevena černá díra
- Fyzici náhodou učinili nový objev o černých dírách