Sử dụng một phương pháp tính toán mới, các nhà nghiên cứu của SISSA đã có thể thực hiện các phép tính đáng chú ý. Hơn nữa, theo nghiên cứu của họ, khoảng 1% vật chất thông thường (baryonic) bị mắc kẹt trong các lỗ đen có khối lượng sao.

Có bao nhiêu lỗ đen trong vũ trụ? Đây là một trong những câu hỏi có liên quan và cấp bách nhất trong vật lý thiên văn và vũ trụ học hiện đại. Vấn đề hấp dẫn này gần đây đã được giải quyết bởi Tiến sĩ SISSA. Sinh viên Alex Sicilia, dưới sự giám sát của Giáo sư Andrea Labbe và Tiến sĩ Lumen Boco, cùng với các cộng tác viên khác từ SISSA và từ các tổ chức quốc gia và quốc tế khác. Trong bài báo đầu tiên của loạt bài vừa được xuất bản trong Tạp chí Vật lý thiên văn, Các tác giả đã điều tra nhân khẩu học của các lỗ đen có khối lượng sao, là những lỗ đen có khối lượng từ vài đến hàng trăm lần khối lượng Mặt Trời, hình thành vào cuối vòng đời của các ngôi sao lớn.

Đặc điểm sáng tạo của công trình này là kết hợp một mô hình chi tiết về quá trình tiến hóa sao và nhị phân với các công thức tiên tiến để hình thành sao và làm giàu khoáng chất trong các thiên hà riêng lẻ. Đây là một trong những tài khoản ab đầu tiên và là một trong những tài khoản ab bắt đầu mạnh mẽ nhất cho ngôi sao Hố đen Chức năng của khối lượng thông qua lịch sử vũ trụ. – ” Alex Cecilia, tác giả đầu tiên của nghiên cứu

Theo nghiên cứu mới, một lượng đáng kể khoảng 1% vật chất bình thường (baryonic) trong vũ trụ bị mắc kẹt trong các lỗ đen có khối lượng sao. Thật đáng kinh ngạc, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng số lượng lỗ đen bên trong vũ trụ có thể quan sát được (một quả bóng có đường kính khoảng 90 tỷ năm ánh sáng) hiện tại là khoảng 40 tỷ tỷ (tức là khoảng 40 x 10)¹⁸, tức là 4 theo sau là 19 số không!)

Một phương pháp mới để đếm số lượng lỗ đen

Như các tác giả nghiên cứu giải thích: “Kết quả quan trọng này có được là nhờ một cách tiếp cận ban đầu kết hợp các mã mới nhất của quá trình tiến hóa sao và hệ nhị phân SEVN do nhà nghiên cứu SISSA, Tiến sĩ Mario Spira, phát triển để áp dụng thử nghiệm vật lý liên quan đến các đặc tính của các thiên hà, đặc biệt tốc độ hình thành sao, khối lượng sao và tính kim loại của môi trường. Giữa các vì sao (tất cả đều là các thành phần quan trọng để xác định số lượng và khối lượng của các lỗ đen sao.) Bằng cách khai thác các thành phần quan trọng này theo phương pháp tự nhất quán, Nhờ phương pháp tính toán mới của họ, các nhà nghiên cứu sau đó đã suy ra số lượng và sự phân bố khối lượng của các lỗ đen sao trong toàn bộ lịch sử của vũ trụ. kết hợp mô hình chi tiết về quá trình tiến hóa sao và nhị phân với các công thức tiên tiến để hình thành sao và làm giàu khoáng chất trong các thiên hà riêng lẻ. Đây là một trong những tính toán mới nổi đầu tiên và mạnh mẽ nhất về chức năng khối lượng của một lỗ đen sao trong suốt lịch sử vũ trụ. “

Nguồn gốc của hầu hết các lỗ đen sao lớn là gì?

Ước tính số lượng lỗ đen trong vũ trụ có thể quan sát được không phải là vấn đề duy nhất mà các nhà khoa học tìm hiểu trong nghiên cứu này. Với sự hợp tác của Tiến sĩ Ugo Di Carlo và Giáo sư Michela Mapelli từ Đại học Padua, họ cũng đã khám phá các kênh hình thành khác nhau của các lỗ đen có khối lượng khác nhau, chẳng hạn như các ngôi sao cô lập, các hệ đôi và các cụm sao. Theo nghiên cứu của họ, các lỗ đen sao lớn nhất chủ yếu phát sinh từ các sự kiện động trong các cụm sao. Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng những sự kiện như vậy là cần thiết để giải thích hàm khối lượng của các lỗ đen liên kết lại như được ước tính từ các quan sát sóng hấp dẫn bằng lego/ Hợp tác Xử Nữ.

Lumen Boco, đồng tác giả của bài báo, nhận xét, “Công trình của chúng tôi cung cấp một lý thuyết chắc chắn về việc tạo ra các hạt nhẹ cho các lỗ đen siêu lớn (siêu lớn) ở độ lệch đỏ cao và có thể là điểm khởi đầu để điều tra nguồn gốc của ‘nặng hạt giống, mà chúng ta sẽ theo dõi trong một bài báo sắp tới.

Công việc liên ngành được thực hiện trong bối cảnh “BiD4BESt – Ứng dụng dữ liệu lớn vào các nghiên cứu về sự tiến hóa của hố đen”

Giáo sư Andrea Lappé, Giám sát viên Cecilia và Điều phối viên luận án Tiến sĩ. Trong Vật lý thiên văn và Vũ trụ học tại SISSA, ông cho biết thêm: “Nghiên cứu này thực sự mang tính liên ngành, bao gồm các khía cạnh và đòi hỏi chuyên môn về vật lý thiên văn sao, sự hình thành và tiến hóa thiên hà, sóng hấp dẫn và vật lý thiên văn đa thông điệp; như vậy, nó cần nỗ lực hợp tác của các thành viên khác nhau trong Nhóm Vật lý Thiên văn và Vũ trụ SISSA, và một mạng lưới mạnh mẽ với các cộng tác viên bên ngoài. ”

Công việc của Alex Sicilia diễn ra trong bối cảnh của dự án Mạng lưới đào tạo đổi mới có uy tín “BiD4BESt – Ứng dụng dữ liệu lớn cho các nghiên cứu về sự tiến hóa của lỗ đen” do Giáo sư Andrea Lappi của SISSA (H2020-MSCAITN-2019 Dự án 860744) đồng tác giả, là được tài trợ bởi Liên minh Châu Âu tổng cộng khoảng 3,5 triệu euro; Nó bao gồm nhiều đối tác học thuật và công nghiệp, để cung cấp bằng Tiến sĩ. Đào tạo 13 nhà nghiên cứu giai đoạn đầu về sự hình thành và tiến hóa của lỗ đen, bằng cách khai thác các kỹ thuật khoa học dữ liệu tiên tiến.

Tham khảo: “Chức năng khối lượng lỗ đen theo thời gian vũ trụ. I. Lỗ đen sao và sự phân bố hạt ánh sáng” của Alex Cecilia, Andrea Lappé, Lumen Pocco, Mario Spra, Ugo in de Carlo, Michela Mapelli, Francesco Shancar, David M. Alexander, Alessandro Bressan và Luigi Danes, ngày 12 tháng 1 năm 2022, Tạp chí Vật lý thiên văn.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac34fb