Con un nuevo enfoque computacional, los investigadores de SISSA han podido realizar el fascinante cálculo. Además, según su trabajo, alrededor del 1% de la materia ordinaria (bariónica) en general está encerrada en agujeros negros de masa estelar.

¿Cuántos agujeros negros hay en el Universo? Esta es una de las preguntas más relevantes y apremiantes en la astrofísica y la cosmología modernas. El tema intrigante ha sido abordado recientemente por el Ph.D. de SISSA. estudiante Alex Sicilia, supervisado por la Prof. Andrea Lapi y la Dra. Lumen Boco, junto con otros colaboradores de SISSA y de otras instituciones nacionales e internacionales. En un primer artículo de una serie que acaba de publicarse en The Astrophysical Journal, los autores han investigado la demografía de los agujeros negros de masa estelar, que son agujeros negros con masas entre unos pocos y cientos de masas solares, que se originaron al final de la vida de estrellas mᴀsivas. Según la nueva investigación, una cantidad notable de alrededor del 1% de la materia ordinaria (bariónica) general del Universo está encerrada en agujeros negros de masa estelar. Sorprendentemente, los investigadores han encontrado que el número de agujeros negros dentro del Universo observable (una esfera de un diámetro de alrededor de 90 billones de años luz) en la actualidad es de unos 40 billones, 40 billones de billones (es decir, alrededor de 40 x 1018, es decir, 4 seguido de 19 ceros!).

Un nuevo método para calcular el número de agujeros negros

Como explican los autores de la investigación: “Este importante resultado se ha obtenido gracias a un enfoque original que combina el código SEVN de evolución binaria y estelar de última generación desarrollado por el investigador de SISSA, el Dr. Mario Spera, con prescripciones empíricas para estudios físicos relevantes. propiedades de las galaxias, especialmente la tasa de formación de estrellas, la cantidad de masa estelar y la metalicidad del medio interestelar (que son todos elementos importantes para definir el número y la masa de los agujeros negros estelares). Explotando estos ingredientes cruciales en un enfoque autoconsistente, gracias a su nuevo enfoque de computación, los investigadores han derivado la cantidad de agujeros negros estelares y su distribución de masa a lo largo de toda la historia del Universo. Alex Sicilia, primer autor del estudio, comenta: “El carácter innovador de este trabajo está en el acoplamiento de un modelo detallado de evolución estelar y binaria con recetas avanzadas para la formación estelar y el enriquecimiento de metales en galaxias individuales. Este es uno de los primeros y más robustos cálculos ab initio de la función masa del agujero negro estelar a lo largo de la historia cósmica”.

¿Cuál es el origen de la mayoría de los agujeros negros estelares masivos?

La estimación del número de agujeros negros en el Universo observable no es el único tema investigado por los científicos en esta investigación. En colaboración con el Dr. Ugo Di Carlo y la Prof. Michela Mapelli de la Universidad de Padua, también exploraron los diversos canales de formación de agujeros negros de diferentes masas, como estrellas aisladas, sistemas binarios y cúmulos estelares. Según su trabajo, los agujeros negros estelares más masivos se originan principalmente a partir de eventos dinámicos en cúmulos estelares. Específicamente, los investigadores han demostrado que tales eventos son necesarios para explicar la función mᴀss de los agujeros negros coalescentes según lo estimado a partir de las observaciones de ondas gravitacionales realizadas por la colaboración LIGO/Virgo.

Lumen Boco, coautor del artículo, comenta: “Nuestro trabajo proporciona una teoría sólida para la generación de semillas ligeras para agujeros negros (super) masivos con un alto desplazamiento al rojo, y puede constituir un punto de partida para investigar el origen de ‘semillas pesadas’. ‘, que seguiremos en un próximo artículo.

Un trabajo multidisciplinar realizado en el contexto de “BiD4BESt – Big Data Application for Black Hole Evolution Studies”

Prof. Andrea Lapi, supervisora de Sicilia y coordinadora del Ph.D. en Astrofísica y Cosmología en SISSA, agrega: “Esta investigación es realmente multidisciplinaria, cubre aspectos y requiere experiencia en astrofísica estelar, formación y evolución de galaxias, ondas gravitacionales y astrofísica de múltiples mensajes; como tal, necesita los esfuerzos de colaboración de varios miembros del grupo de Astrofísica y Cosmología de SISSA, y una sólida red de contactos con colaboradores externos”.

El trabajo de Alex Sicilia ocurre en el contexto de un prestigioso Proyecto de Red de Capacitación Innovadora “BiD4BESt – Aplicación de Big Data para Estudios de Evolución de Agujeros Negros” codirigido por el Prof. Andrea Lapi de SISSA (Proyecto H2020-MSCAITN-2019 860744), que ha sido financiado por la Unión Europea con unos 3,5 millones de euros en total; involucra a varios socios académicos e industriales, para proporcionar Ph.D. Capacitación a 13 investigadores en etapa inicial en el área de formación y evolución de agujeros negros, mediante la explotación de técnicas avanzadas de ciencia de datos.