Combien y a-t-il de trous noirs dans l’univers ? 40 000 000 000 000 000 000

En utilisant une nouvelle approche informatique, les chercheurs de SISSA ont pu effectuer des calculs remarquables. De plus, selon leurs travaux, environ 1 % de la matière ordinaire (baryonique) est piégée dans les trous noirs de masse stellaire.

Combien y a-t-il de trous noirs dans l’univers ? C’est l’une des questions les plus pertinentes et les plus pressantes de l’astrophysique et de la cosmologie moderne. Cette question intrigante a récemment été reprise par le PhD SISSA. Étudiant Alex Sicilia, sous la direction du professeur Andrea Labbe et du Dr Lumen Boco, avec d’autres collaborateurs de SISSA et d’autres institutions nationales et internationales. Dans le premier article d’une série qui vient d’être publiée dans Revue d’Astrophysique, Les auteurs ont étudié la démographie des trous noirs de masse stellaire, qui sont des trous noirs avec des masses allant de quelques à des centaines de masses solaires, qui sont apparus à la fin de la vie des étoiles massives.

Le caractère innovant de ce travail est de combiner un modèle détaillé d’évolution stellaire et binaire avec des recettes avancées pour la formation d’étoiles et l’enrichissement minéral dans des galaxies individuelles. C’est l’un des premiers, et l’un des plus puissants, comptes d’ab de départ pour la star Trou noir La fonction de la masse à travers l’histoire cosmique. – » Alex Cecilia, premier auteur de l’étude

Selon la nouvelle recherche, une quantité appréciable d’environ 1% de la matière normale (baryonique) de l’univers est piégée dans des trous noirs de masse stellaire. Étonnamment, les chercheurs ont découvert que le nombre de trous noirs à l’intérieur de l’univers observable (une boule d’environ 90 milliards d’années-lumière de diamètre) est actuellement d’environ 40 milliards de milliards (c’est-à-dire environ 40 x 10)¹⁸, c’est-à-dire 4 suivi de 19 zéros !)

Une nouvelle méthode pour compter le nombre de trous noirs

Comme l’expliquent les auteurs de la recherche : « Cet important résultat a été obtenu grâce à une approche originale qui combine les derniers codes de l’évolution stellaire et le binaire SEVN développé par le chercheur SISSA Dr. Mario Spira aux prescriptions expérimentales de la physique liées aux propriétés de galaxies, en particulier le taux de formation d’étoiles, la quantité de masse stellaire et la métallicité du milieu Interstellaire (qui sont tous des composants importants pour déterminer le nombre et la masse des trous noirs stellaires.) En exploitant ces composants cruciaux dans une auto- approche cohérente, grâce à leur nouvelle approche computationnelle, les chercheurs ont ensuite déduit le nombre et la distribution en masse des trous noirs stellaires tout au long de l’histoire de l’univers.Commentaires Alex Cecilia, premier auteur Le travail consiste à combiner un modèle détaillé d’évolution stellaire et binaire avec des recettes avancées pour la formation d’étoiles et l’enrichissement minéral dans les galaxies individuelles. Il s’agit de l’un des premiers et des plus puissants calculs de la fonction de masse d’un trou noir stellaire à travers l’histoire cosmique. « 

Quelle est l’origine des trous noirs stellaires les plus massifs ?

L’estimation du nombre de trous noirs dans l’univers observable n’est pas la seule question que les scientifiques ont étudiée dans cette recherche. En collaboration avec le Dr Ugo Di Carlo et le professeur Michela Mapelli de l’Université de Padoue, ils ont également exploré les différents canaux de formation des trous noirs de différentes masses, tels que les étoiles isolées, les systèmes binaires et les amas d’étoiles. Selon leurs travaux, les trous noirs stellaires les plus massifs proviennent principalement d’événements dynamiques dans les amas d’étoiles. Plus précisément, les chercheurs ont montré que de tels événements sont nécessaires pour expliquer la fonction de masse des trous noirs coalescents, telle qu’elle est estimée à partir des observations d’ondes gravitationnelles par légo/ Collaboration Vierge.

Lumen Boco, co-auteur de l’article, commente : « Notre travail fournit une théorie solide pour la génération de germes légers pour les trous noirs supermassifs (super) à décalage vers le rouge élevé, et pourrait servir de point de départ pour enquêter sur l’origine des « lourds ». graines », dont nous ferons le suivi dans un prochain article.

Travail interdisciplinaire réalisé dans le cadre de « BiD4BESt – Application of Big Data to Studies of Black Hole Evolution »

Professeur Andrea Lappé, Cecilia Superviseur et Coordonnatrice de thèse de doctorat. En astrophysique et cosmologie au SISSA, il ajoute : « Cette recherche est véritablement interdisciplinaire, couvrant des aspects et nécessitant une expertise en astrophysique stellaire, formation et évolution des galaxies, onde gravitationnelle et astrophysique multi-messages ; en tant que telle, elle nécessite les efforts de collaboration de différents membres du groupe d’astrophysique et de cosmologie du SISSA, et un solide réseau de collaborateurs externes.

Les travaux d’Alex Sicilia s’inscrivent dans le cadre du prestigieux projet Innovative Training Network « BiD4BESt – Application of Big Data for Studies of Black Hole Evolution » co-écrit par le professeur Andrea Lappi du SISSA (H2020-MSCAITN-2019 Project 860744), qui a été financé par l’Union européenne à hauteur d’environ 3,5 millions d’euros au total ; Il comprend de nombreux partenaires académiques et industriels, pour proposer un doctorat. Former 13 chercheurs en début de carrière à la formation et à l’évolution des trous noirs, en exploitant des techniques avancées de science des données.

Référence : « Fonction de masse du trou noir à travers le temps cosmique. I. Trous noirs stellaires et distribution des graines de lumière » par Alex Cecilia, Andrea Lappé, Lumen Pocco, Mario Spra, Ugo in de Carlo, Michela Mapelli, Francesco Shancar, David M. Alexander, Alessandro Bressan et Luigi Danes, le 12 janvier 2022, Journal astrophysique.
DOI : 10.3847 / 1538-4357 / ac34fb