Buchi neri, scienziati calcolano quanti potrebbero essercene

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Un interessante studio, per ora apparso su arXiv ma accettato anche sull’Astrophysical Journal, si concentra su una domanda che in effetti viene raramente fatta riguardo all’universo: quanti buchi neri esistono in media in un dato volume nello spazio di una galassia? Potrebbe sembrare una domanda più o meno banale ma in realtà le cose non sono per nulla semplici, come spiega Space.com. I ricercatori, per calcolare quella che alla fine solo una stima, hanno dovuto prendere in considerazione molti fattori, tra cui la stessa evoluzione delle galassie nei 13 miliardi di anni di storia dell’universo.

Tassi di formazione stellare nelle galassie

Essendo i luoghi dove nascono le stelle, è fondamentale dunque partire proprio da le galassie per capire quanti buchi neri possano trovarsi in un dato volume in quanto i buchi neri si formano, a meno nella stragrande maggioranza dei casi, dal collasso di una stella. Le galassie possono avere tassi di formazione stellare al loro interno molto diversi: alcune possono formare stelle in maniera costante per molto tempo, altre sono più tranquille (come la nostra galassia). Altre ancora possono subire eventi che possono accelerare “all’improvviso” la formazione delle stelle che poi si esaurisce per non riprendersi più.

Metallicità di una galassia

Dopo aver preso in considerazione il tempo cosmico in relazione alla tendenza generale dei tassi di formazione stellare, i ricercatori hanno poi messo nel paniere dei fattori importanti anche il livello di metallicità di una galassia. Si tratta di un valore che indica la quantità di elementi che sono diversi dall’elio e dall’idrogeno che si trovano in una galassia, elementi che gli astronomi chiamano “metalli”. Una presenza più grande di metalli può favorire il raffreddamento del gas all’interno delle galassie e ciò può portare ad un più consistente livello di formazione di nuove stelle.

L’evoluzione e la fine delle stelle

Infine hanno preso in considerazione l’evoluzione e la fine delle stelle. Hanno usato delle simulazioni al computer scoprendo che solo una piccola frazione delle stelle più grandi in effetti produce, alla fine della vita, un buco nero. I ricercatori hanno inoltre considerato il tasso di fusione dei buchi neri in quanto sembra non sia poi tanto raro il fatto che i buchi neri possano incontrarsi e fondersi.

La stima finale

Tutti questi pezzi sono stati messi insieme per creare una “funzione di massa”, quello che Space.com chiama come un “censimento cosmico” dei buchi neri. Le simulazioni mostravano che per ogni megaparsec cubico di spazio ci sono, in media, 50 milioni di masse solari di buchi neri.
Prendendo in considerazione la supposizione secondo la quale un buco nero in media è grande solo poche volte la massa del sole, in un megaparsec cubico di spazio potrebbero esserci una decina di milioni di buchi neri singoli.
Un megaparsec cubico è un cubo di spazio in cui i lati sono lunghi più di 3,2 milioni di anni luce.
Sempre secondo i calcoli dei ricercatori, la quantità totale della massa dei buchi neri dovrebbe rappresentare l’1% di tutta la materia visibile (esclusa dunque la materia oscura) presente nell’universo.

Note e approfondimenti

  1. [2110.15607] The Black Hole Mass Function Across Cosmic Times I. Stellar Black Holes and Light Seed Distribution (IA)

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