Kiek Visatoje yra juodųjų skylių? Tai vienas aktualiausių ir sudėtingiausių šiuolaikinės astrofizikos ir kosmologijos klausimų, rašo scitechdaily.com. Šią intriguojančią mįslę neseniai pabandė įminti SISSA doktorantas Alexas Sicilia, kurio darbo vadovai buvo prof. Andrea Lapi ir dr. Lumenas Boco.
Doktorantui talkino ir daugiau SISSA darbuotojų bei kitų Italijos ir užsienio mokslo įstaigų atstovų. Pirmajame darbe, ką tik pasirodžiusiame žurnale „The Astrophysical Journal“, mokslininkai išanalizavo žvaigždinių juodųjų skylių demografiją. Tokių juodųjų skylių masė yra nuo keleto iki keleto šimtų kartų didesnė už mūsų Saulės masę. Jos susiformuoja masyvių žvaigždžių gyvavimo ciklo pabaigoje.
„Šis darbas yra išties novatoriškas, nes jame sujungiamas išsamus įprastų žvaigždžių ir dvinarių žvaigždžių evoliucijos modelis bei pažangios žvaigždžių formavimosi ir metalų paplitimo atskirose galaktikose teorijos. Tai vienas pirmųjų ir kol kas vienas reikšmingiausių žvaigždinių juodųjų skylių masės tyrimų“, – pažymėjo pagrindinis tyrimo autorius A. Sicilia.
Vadovaujantis naujosios studijos rezultatais, maždaug vienas procentas visos įprastos materijos yra įkalintas žvaigždinėse juodosiose skylėse. Įdomu tai, kad mokslininkams pavyko nustatyti juodųjų skylių skaičių regimojoje Visatoje (apie 90 mlrd. šviesmečių skersmens zona). Šiandien jų yra maždaug 40 kvintilijonų, tai ketvertas su 19 nulių!
Naujas būdas juodosioms skylėms skaičiuoti
„Šis svarbus rezultatas buvo gautas taikant originalų metodą, sujungiantį moderniausią įprastų žvaigždžių ir dvinarių žvaigždžių evoliucijos modeliavimo programinę įrangą SEVN, kurią sukūrė SISSA mokslininkas dr. Mario Spera, ir empirinius modelius galaktikų fizikinėms savybėms, ypač žvaigždžių formavimosi tempui, žvaigždinei masei ir tarpžvaigždinės erdvės metališkumui, nustatyti (visi minėtieji elementai yra svarbūs norint apskaičiuoti žvaigždinių juodųjų skylių skaičių ir masę).
Panaudoję šias esmines sudedamąsias dalis originaliame metode, mokslininkai apskaičiavo žvaigždinių juodųjų skylių skaičių ir jų masės pasiskirstymą visu žinomu Visatos istorijos laikotarpiu“, – nurodė tyrimo autoriai.
Kokia yra masyviausių žvaigždinių juodųjų skylių kilmė?
Apytikris juodųjų skylių skaičius regimojoje Visatoje buvo ne vienintelis studijos objektas. Bendradarbiaudami su dr. Ugo Di Carlo ir prof. Michela Mapelli, dirbančia Padujos universitete, tyrėjai taip pat nagrinėjo įvairius skirtingų masių juodųjų skylių susidarymo scenarijus, tokius kaip pavienės žvaigždės, dvinarės žvaigždžių sistemos ir žvaigždžių spiečiai.
Atsižvelgiant į tyrimo rezultatus, masyviausios juodosios skylės daugiausia susiformuoja žvaigždžių spiečiuose dinamiškų įvykių metu. Šiuos teiginius paremia interferometrais LIGO ir „Virgo“ užfiksuotos gravitacinės bangos, leidusios iškelti prielaidų apie susijungiančių juodųjų skylių masę.
„Mūsų darbe pateikiama svari teorija, kaip susiformuoja žvaigždės, pasižyminčios dideliu raudonuoju poslinkiu ir galiausiai virstančios (super)masyviomis juodosiomis skylėmis. Jis gali pasitarnauti tyrinėjant juodųjų skylių susiformavimą kolapsuojant didžiuliams dujų debesims, kuo ir planuojame užsiimti tolesnėse studijose“, – pažymėjo tyrimo bendraautoris dr. L. Boco.
Prof. A Lapi pridūrė: „Šis tyrimas iš tikrųjų yra tarpdisciplininis, apimantis ir reikalaujantis atitinkamų žinių tokiose srityse kaip žvaigždžių astrofizika, galaktikų formavimasis ir evoliucija bei gravitacinių bangų ir daugiakanalė astrofizika. Vadinasi, būtinos bendros įvairių SISSA Astrofizikos ir Kosmologijos padalinių darbuotojų pastangos bei efektyvus bendradarbiavimas su išoriniais kolegomis.“
A. Sicilia darbas parašytas dalyvaujant prestižiniame mokymo tinklo projekte „BiD4BESt – Big Data Application for Black Hole Evolution Studies“. Jam įgyvendinti Europos Sąjunga (ES) skyrė apie 3,5 mln. eurų. Projekto paskirtis – apmokyti 13 doktorantų, pradedančių tyrimus juodųjų skylių susidarymo ir evoliucijos srityje, kurie atliekami taikant pažangius duomenų mokslo metodus.
