Quanti buchi neri ci sono nell’universo? 40.000.000.000.000.000.000

Utilizzando un nuovo approccio computazionale, i ricercatori della SISSA sono stati in grado di eseguire calcoli notevoli. Inoltre, secondo il loro lavoro, circa l’1% della materia ordinaria (barionica) è intrappolata in buchi neri di massa stellare.

Quanti buchi neri ci sono nell’universo? Questa è una delle questioni più rilevanti e urgenti nell’astrofisica e nella cosmologia moderna. Questa intrigante questione è stata recentemente affrontata dal PhD della SISSA. Studente Alex Sicilia, sotto la supervisione del Professor Andrea Labbe e del Dr Lumen Boco, con altri collaboratori della SISSA e di altre istituzioni nazionali e internazionali. Nel primo articolo di una collana appena pubblicata in Giornale astrofisico, Gli autori hanno studiato i dati demografici dei buchi neri di massa stellare, che sono buchi neri con masse che vanno da poche a centinaia di masse solari, che si sono formate alla fine della vita di stelle massicce.

Il carattere innovativo di questo lavoro consiste nel combinare un modello dettagliato dell’evoluzione stellare e binaria con ricette avanzate per la formazione stellare e l’arricchimento minerale nelle singole galassie. Questo è uno dei primi, e uno dei più potenti, account iniziali per la stella Buco nero La funzione della massa nella storia cosmica. -» Alex Cecilia, primo autore dello studio

Secondo la nuova ricerca, una quantità apprezzabile di circa l’1% della materia normale (barionica) nell’universo è intrappolata in buchi neri di massa stellare. Sorprendentemente, i ricercatori hanno scoperto che il numero di buchi neri all’interno dell’universo osservabile (una palla di circa 90 miliardi di anni luce di diametro) è attualmente di circa 40 miliardi di miliardi (cioè circa 40 x 10).¹⁸, ovvero 4 seguito da 19 zeri!)

Un nuovo metodo per contare il numero di buchi neri

Come spiegano gli autori della ricerca: “Questo importante risultato è stato ottenuto grazie a un approccio originale che combina gli ultimi codici di evoluzione stellare e il binario SEVN sviluppato dal ricercatore della SISSA Dr. Mario Spira a prescrizioni sperimentali di fisica relative alle proprietà delle galassie, in particolare il tasso di formazione stellare, la quantità di massa stellare e la metallicità del mezzo Interstellare (che sono tutti componenti importanti per determinare il numero e la massa dei buchi neri stellari.) Sfruttando queste componenti cruciali in un approccio autoconsistente, grazie al loro nuovo approccio computazionale, i ricercatori hanno poi dedotto il numero e la distribuzione di massa dei buchi neri stellari nell’intera storia dell’universo.Commenta Alex Cecilia, primo autore Per lo studio, ha affermato: «Il carattere innovativo di questo lavoro risiede in combinando un modello dettagliato dell’evoluzione stellare e binaria con ricette avanzate per la formazione stellare e l’arricchimento minerale nelle singole galassie. Questo è uno dei primi e più potenti calcoli della funzione di massa di un buco nero stellare nel corso della storia cosmica. «

Qual è l’origine dei buchi neri stellari più massicci?

La stima del numero di buchi neri nell’universo osservabile non è l’unico problema che gli scienziati hanno studiato in questa ricerca. In collaborazione con il Dr. Ugo Di Carlo e la Professoressa Michela Mapelli dell’Università di Padova, hanno anche esplorato i diversi canali di formazione di buchi neri di diverse masse, come stelle isolate, sistemi binari e ammassi stellari. Secondo il loro lavoro, i buchi neri stellari più massicci derivano principalmente da eventi dinamici negli ammassi stellari. In particolare, i ricercatori hanno dimostrato che tali eventi sono necessari per spiegare la funzione di massa dei buchi neri coalescenti stimata dalle osservazioni delle onde gravitazionali di Lego/ Collaborazione Vergine.

Lumen Boco, coautore dell’articolo, commenta: «Il nostro lavoro fornisce una solida teoria per la generazione di semi di luce per buchi neri supermassicci (super) ad alto spostamento verso il rosso e potrebbe servire come punto di partenza per indagare sull’origine di semi», che daremo seguito in un prossimo articolo.

Lavoro interdisciplinare svolto nell’ambito di «BiD4BESt – Application of Big Data to Studies of Black Hole Evolution»

Professore Andrea Lappé, Relatore Cecilia e Coordinatore Tesi di Dottorato. In Astrophysics and Cosmology presso la SISSA, aggiunge: «Questa ricerca è veramente interdisciplinare, copre aspetti e richiede competenze in astrofisica stellare, formazione ed evoluzione di galassie, onde gravitazionali e astrofisica multimessaggio; come tale, necessita degli sforzi collaborativi di diversi membri del Gruppo di Astrofisica e Cosmologia della SISSA e una fitta rete di collaboratori esterni”.

Il lavoro di Alex Sicilia si svolge nell’ambito del prestigioso progetto Innovative Training Network «BiD4BESt – Application of Big Data for Studies of Black Hole Evolution» coautore del Professor Andrea Lappi della SISSA (H2020-MSCAITN-2019 Project 860744), che è stato finanziato dall’Unione Europea per un totale di circa 3,5 milioni di euro; Comprende molti partner accademici e industriali, per offrire dottorato di ricerca. Formazione di 13 ricercatori nella fase iniziale della formazione e dell’evoluzione dei buchi neri, sfruttando tecniche avanzate di data science.

Riferimento: «Funzione di massa del buco nero attraverso il tempo cosmico. I. Buchi neri stellari e distribuzione di semi di luce» di Alex Cecilia, Andrea Lappé, Lumen Pocco, Mario Spra, Ugo in de Carlo, Michela Mapelli, Francesco Shancar, David M. Alexander, Alessandro Bressan e Luigi Danesi, 12 gennaio 2022, Giornale astrofisico.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac34fb